ブラックホールX線連星GRS 1915+105のX-ray low luminous state時の近⾚外線の⻑期変動成分の放射起源について
広島⼤学

今⾥郁弥

笹⽥真⼈、植村誠、深沢泰司、中岡⻯也、⾼橋弘充、秋⽥⾕洋、
川端弘治 (広島⼤学)、穐本正徳、藤沢健太(⼭⼝⼤学)
イントロダクション: 1-5pp
結果:
6-12pp
議論とまとめ:13-17pp

GRS 1915+105について
1. 低質量X線連星. ブラックホール質量: 14+/-4.4M⨀."ジェット

2. 伴星はK giant(0.8M⨀), 公転周期は~33.9⽇.#

降着円盤

3. 星間吸収(Av~19.6) $ がきつく, 可視光は観測が難しい.
3. 相対論的速度のジェットを時々⽰す.%
4. X線で明るく⾼い活動性を継続的に⽰していた.
5. X線の放射起源は降着円盤, 電波はジェット.

ブラック
ホール

伴星

RXTE
MAXI

軟X線のライトカーブ

ブラックホール低質量X線連星のイメージ.!

1.
2.
3.
4.
5.

Harlaft & Greiner 2004
Steeghs et al. 2013
Chapuis & Corbel 2004
Mirabel & Rodriguez 1994
Salgado 20151995

20012006

2012

2017
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2018年7⽉から軟X線で観測史上最も暗くなった

Count rate

2016/1MAXI 2-4 keV
BAT 15-50 keV

2018/72020/5

X-ray low luminous state・軟X線で突然暗くなった(Negoro+18). X-ray low luminous state中にもX線減光の⻑期変動が⾒える.
・降着率が低くなったこととBH周辺に遮蔽体が形成されていることが原因の可能性(Koljonen, Tomsick 2020, Miller et al. 2020).
・この期間の近⾚外線がどのような状態なのか・放射起源は何なのか分かっていない.

⾮常に珍しい状態なのでかなた望遠鏡で2019年4⽉頃より近⾚外線でモニター観測を開始
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これまでのGRS1915の近⾚外線の放射起源: 数⽇以上の⻑期変動成分
Arai+09

軟X線

X線
count rate

Ks 等級

Neil+07

硬X線
電波

Ks Flux

Neil+07近⾚外線が暗い時は降着円盤が放射起源の可能性.

近⾚外線の放射起源は不明。

GRS1915のNIRの⻑期変動成分の放射起源や変動メカニズムは通常状態でもまだよく分かっていない.
⾼頻度での電波-NIR-X-rayの共同観測があまり実施されていないことが原因のひとつ.

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研究⽬的
Flux

X-ray low luminous stateの近⾚外線の様⼦を調べる.
また近⾚外線に⻑期変動成分がある場合は放射起源や変動メカニズムを探る.

GRS 1915+105のX線ライトカーブ

MAXI 2-4 keV
BAT 15-50 keV

2016/1

2018/72020/5
X-ray low luminous state

近⾚外線の観測について
かなた望遠鏡/HONIRの撮像モードと偏光モードで観測.
主にKs, Hバンドの2⾊で観測.
2MASSカタログを⽤いて相対測光を⾏った.
1'Kanata/HONIRの測光モードの画像 (Ks band)

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結果: 近⾚外線のhistoricalライトカーブ
1995

2001

2006

X-ray low luminous state
軟X線で観測史上最も暗くなった(Negoro+18)
2012

2017

軟X線 (RXTE, MAXI)NIR (K & Ks band)

⻘枠期間の近⾚外線フラックスがこれまでの観測と⽐べて明るい

これまでの観測で報告されたNIRの明るいレベル※ 近⾚外線フラックスは以下の論⽂から引⽤. 全てのデータに対してChapuis&Cobel 2004の星間吸収補正を適応.
Neil+07, Arai+09, Eikenberry+97, Bandyopadhyay+98, ueda+02, Mirabel+96, Chaty+96

5 /17結果: X-ray low luminous stateの近⾚外線&電波ライトカーブ

Flux [mJy]Count rate

Flux [mJy]2019/01

2019/05

2019/082019/11近⾚外線 Ks band軟X線 (2-4 keV, MAXI)
硬X線 (15-50 keV, BAT)

電波 8GHz58600<MJD<58630で, X線と近⾚外線フラックスが負の相関, 電波と近⾚外線のフラックスが正の相関.
X-ray low luminous stateの更に暗い時期(MJD>58630)に明るいジェットが存在.
単純に考えると近⾚外線の増光は明るいジェットの寄与のせい？

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結果: 増光成分のスペクトルから近⾚外線の放射起源推定
増光成分のスペクトル増光成分抽出

スペクトル指数(Ks-H)~1.82

Flux [mJy]

Flux [mJy]近⾚外線明るい時期

スペクトル指数(電波-Ks)~0.03

近⾚外線暗い時期

Frequency [Hz]Frequency [Hz]2つの周波数間でベキの値が異なる.
近⾚外線の増光成分は”ジェットだけ”では説明できない.
ジェットとは別の放射成分が必要. ⿊体放射(降着円盤?)がすぐ思いつく.
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電波-近⾚外線スペクトルをモデルフィット
ジェット+伴星
reduced 𝝌𝟐 = 𝟒𝟕. 𝟎

reduced 𝝌𝟐 = 𝟏𝟎. 𝟖ジェット+disk+伴星
reduced 𝝌𝟐 = 𝟏. 𝟑reduced 𝝌𝟐 = 𝟑. 𝟔ジェット+disk+伴星
reduced 𝝌𝟐 = 𝟎. 𝟎𝟐

電波放射はジェット放射と仮定.
近⾚外線帯域での放射を4パターン調べた.
(a): power-law成分のみ全てフリー(b), (c), (d): disk温度のみフリー

reduced 𝝌𝟐 = 𝟒. 𝟏ジェット+disk+伴星
reduced 𝝌𝟐 = 𝟑𝟒. 𝟖

reduced 𝝌𝟐 = 𝟏. 𝟖

※ (d)は(c)と同じモデルだが、NIRでdiskの寄与を⼤きくした
NIRのメインの放射起源
NIRが暗い時期: 降着円盤NIRが明るい時期: ジェットと降着円盤の両⽅が寄与している可能性

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X-ray low luminous state中の近⾚外線の放射起源と増光メカニズム
濃いwindを検出

より濃いX線遮蔽体を検出

X線X線

X線解析 !,# の結果

BH

BH

X-ray count rate

ジェット
BH

近⾚外線
降着円盤

近⾚外線BH

降着円盤

1: Koljonen & Tomsick 2020
2: Miller et al. 2020/17

まとめと今後
近⾚外線の⻑期変動についてのまとめ
・X-ray low luminous state(XLLS)のX線が更に暗くなった時期に, 近⾚外線フラックスがこれまでの観測と⽐べても⾮常に明るくなった. 電波も同様に明るくなった.
・近⾚外線の偏光とフラックスの間に明らかな相関は⾒えず, 星間偏光と無⽭盾.
・近⾚外線の増光成分のスペクトルはジェットのみでは説明できない.
・XLLS2ではジェットと円盤の両⽅の放射がNIRで⾒えている可能性 (reduced 𝜒 !に基づいた議論).
・X線遮蔽体の形成によって近⾚外線が増光した可能性.

今後について・radio-NIR-X線のスペクトルフィット
・近⾚外線分光観測の実施・解析
・1⽇以内の近⾚外線の変動も⾒えているため, 短時間変動の原因を調べる

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