ブラックホール連星  はくちょう座V404星の  26年年ぶりのアウトバースト〜～規則的なパターンを持つ可視光の短時間変動の発⾒見見〜～

はくちょう座V404星

54分後“Repe%%ve	  pa)erns	  in	  rapid	  op%cal	  varia%ons	  in	  the	  nearby	  black-­‐hole	  binary	  V404	  Cygni”	  (Nature,	  529,	  54-­‐58,	  2016,	  doi:	  10.1038/nature16452)
きむら

発表者:  ⽊木⾢邑真理理⼦子(京都⼤大学)
1

実際の可視観測データからわかる

ブラックホールの  「またたき」

2‣ ブラックホールX線連星
ブラックホールX線連星  >  ブラックホールX線新星  >  はくちょう座V404星•

主星がブラックホール、伴星が普通の星から成る連星系の⼀一種。  

•伴星のガスがブラックホールの重⼒力力に引きよせられ、ブラックホールの周りに降降着円盤と呼ばれるガス円盤を形成する。  

•降降着円盤のガスが中⼼心のブラックホールに落落ち込む時に重⼒力力エネルギーが解放され、それが熱エネルギーに変えられ、⾼高エネルギーの電磁波であるX線を放出する。

X線BH
伴星

ブラックホールが単位時間に吸い込む物質の量量を質量量降降着率率率と呼ぶ  • 質量量降降着率率率が⾼高い＝光度度が⾼高い   　 　 　 　 　 　 　 　 　 　(明るい)•降降着円盤(c)	  ESA	  /	  ATG	  medialab
3‣ ブラックホールX線新星
ブラックホールX線連星  >  ブラックホールX線新星  >  はくちょう座V404星
ブラックホールX線連星の⼀一つ。  

•不不定期にアウトバースト(急激に天体が明るくなる現象)を起こす。  

•アウトバーストが起こると、最初の⼗十⽇日程で明るさが100倍以上明るくなり、その後数⼗十⽇日から数百⽇日程かけて元の明るさに戻る。  

•X線領領域でもっとも明るい

急激な増光と緩やかな減光が特徴

X線の明るさ•いっかくじゅう座X-‐‑‒1星の光度度曲線→  アウトバーストが始まってからの⽇日数
4Coronado	  &	  Mendoza	  (2015,	  MNRAS)‣ アウトバーストのメカニズム
降降着円盤で起こる熱不不安定性

ガスがBHに吸い込まれる• 温度度:  103  ̶—  104  [K]  明るい円盤上のガスがなくなる• タイムスケール:  数⽇日から数百⽇日  暗い• 円盤の外側で起こるガスが円盤に溜溜まる
ガスがBHに吸い込まれる

明るい・・・

ししおどしのように、ガスが溜溜まる暗い状態とブラックホールにガスが落落ち込む
明るい状態を繰り返す

5‣ はくちょう座V404星
ブラックホールX線連星  >  ブラックホールX線新星  >  はくちょう座V404星•

地球に最も近いブラックホールX線新星。  

•1938年年に発⾒見見され、1989年年に⽇日本の衛星「ぎんが」によってX線新星と同定された。1938,  1956,  1979,  1989年年にアウトバーストを起こしている。  

•過去の観測から、アウトバースト中にX線で激しい変動を⽰示すことが知られている。

6

‣ はくちょう座V404星
ブラックホールX線連星  >  ブラックホールX線新星  >  はくちょう座V404星•

地球に最も近いブラックホールX線新星。  

•1938年年に発⾒見見され、1989年年に⽇日本の衛星「ぎんが」によってX線新星と同定された。1938,  1956,  1979,  1989年年にアウトバーストを起こしている。  

•過去の観測から、アウトバースト中にX線で激しい変動を⽰示すことが知られている。

2015年年6⽉月、26年年ぶりにアウトバーストを起こした！
Swift衛星で発⾒見見、可視光、MAXI(全天X線観測装置)でも確認
7‣ 可視光での国際協⼒力力観測•

VSNET  team(国際変光星ネットワーク)、台湾のTAOS  team、ロシア宇宙科学研究所の協⼒力力によって、世界26カ所、35個の地上望遠鏡での可視光の多⾊色測光観測が可能になった。

↑今回のアウトバーストにおける可視測光観測を⾏行行った場所
8‣ 天⽂文学的新規性
今回のはくちょう座V404星のアウトバーストにおける新規性:
1)今までX線でしか観測できないと思われていたブラックホール近傍からの放射エネルギーの振動現象を可視光で初めて捉えた。  
2)ブラックホール近傍からのエネルギー放射の規則的なパターンを持つ変動が、光度度が低いときにも観測されることを発⾒見見した。

9‣ 天⽂文学的新規性
今回のはくちょう座V404星のアウトバーストにおける新規性:
1)今までX線でしか観測できないと思われていたブラックホール近傍からの放射エネルギーの振動現象を可視光で初めて捉えた。  
• BHのまたたきを直接⽬目で⾒見見ることができる(数⼗十センチ程度度
2)このような振動現象が、光度度が低いときにも観測されることをの望遠鏡を⽤用いて)。  
発⾒見見した。
•GRS  1915+105で観測される、規則的なパターンを持つX線変動と形の似ている変動が、可視光で初めて⾒見見つかった。

(c)⼩小野英理理/京都⼤大学
10‣ GRS  1915+105•

ブラックホール連星の⼀一つ  •光度度が⾮非常に⾼高いとき(エディントン限界光度度に近いとき)に、規則的なパターンを持つX線光度度変動(ブラックホールからの放射エネル    X線の明るさ              ギーの振動現象と考えられている)を⽰示す  30分

Fender	  &	  Belloni	  200411

‣ 周期的な光度度変動のメカニズム
降降着円盤で起こる熱不不安定性

ガスがBHに吸い込まれる• 温度度:  〜～107  [K]  • タイムスケール:  数⼗十秒  円盤上のガスがなくなる
暗い• 円盤の内側で起こるガスが円盤に溜溜まるガスがBHに吸い込まれる

降降着円盤

明るいBH

明るい・・・

質量量降降着率率率が⾼高い(光度度が⾼高い)ことが、このような周期的な光度度変動を起こす重要なパラメータである
12

106

‣ 観測結果(1) 全体の光度度曲線上の４つが可視光の光度度曲線、
I−band − 3 mag
B−band + 6 mag
R−bandSwift/BAT 15−50 keV × 10 counts
下の⼆二つがX線の光度度曲線
V−band + 3 mag
Swift/BAT 50−150 keV × 10 counts

a30••

1012

18⽇日

1011

104

期間：およそ18⽇日  102101

可視光、X線の光度度曲線が互い10によく似ている。
06810 12 14 16 18240

BJD−2457189 (day)

(b)

1010

b
等級
Magnitude 　 　 　可視光の明るさ(等級)4Magnitude

105

103

610count

Magnit20

109108106

105

102

101

100

0

2

468

10121416

X線の明るさ(対数)3018BJD−2,457,189 (day)アウトバーストが始まってからの⽇日数

1314151620

103

R−bandNo filter

first detection by Swift/BAT1071041.2時間

12130.30

0.35

0.40

BJD−2457189 (day)0.450.50↑台湾とロシアのチームの協⼒力力による、   　開始3分後から数時間後までの可視光の   　光度度曲線

アウトバーストの最初から最後まで、激しい短時間変動が⾒見見えた！

‣ 観測結果(2) 規則的な変動
等級
MagnitudeaI−bandR−bandV−bandB−band1 hour10b10
1212

1 hour

1414
4.6

4.7

4.8

4.9

5.0

8.65

8.70

8.75

8.80

8.85

8.90

BJD−2,457,189 (day)

cd10

10
1 hour121214

149.6

•

9.7

9.8

9.9

11.34 11.36 11.38 11.40 11.42 11.44

ゆっくり増光したのち、急に光度度が落落ち込むと振幅の⼩小さい短時間変動が続く。  
• タイムスケール：5分程度度•いう変動が続く。増光中は光度度が変動する。  
•30 min

タイムスケール：45分〜～2.5時間程度度

141038102
1010112100

145.12

5.13

5.14

Swift/XRT
0.5−10 keV
I−band

68101
10100

125.15

8.035

8.040

8.045

BJD−2457189 (day)Magnitude

V−bandB−band10103102101
100

d8.055

8.060

8.065

48.070Swift/XRT
0.5−10 keV
I−band6R−bandMagnitude

Swift/XRT
0.5−10 keV
I−band58.050BJD−2457189 (day)count / secc102

8V−band104
103102101

101001214159.74

9.75

9.76

9.77

9.78

9.79

9.80

10.42

10.44

10.45

10.46

BJD−2457189 (day)アウトバーストが始まってからの⽇日数

BJD−2457189 (day)•10.43

X線と可視光の変動の相関が良良い   　→可視光でも、X線で⾒見見るのと同じ現象(ブラックホール近傍からの光の振動) 　 　を⾒見見ている
15

count / sec

5.11

bMagnitude

等級

Magnitude

6

count / sec

Swift/XRT
0.5−10 keV
R−band

X線の明るさ(対数)

a104

4

count / sec‣ 観測結果(3) X線の変動との相関‣ 可視光の起源•

円盤が⼤大きく、可視光の変動は、X線の変動に⽐比べておよそ1分遅れている→  円盤内縁部から出るX線が円盤の外側に届く時間とよく⼀一致する
X線
エネルギーの低い電磁波(可視光)降降着円盤

BH

円盤内縁部からの照射によって  温められている円盤の外側(冷冷たい)が、円盤内縁部から放射されたX線によって温められ、X線よりもエネルギーの低い可視光線を出したと考えられる

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‣ 天⽂文学的新規性
今回のはくちょう座V404星のアウトバーストにおける新規性:
1)今までX線でしか観測できないと思われていたブラックホール近傍からの放射エネルギーの振動現象を可視光で初めて捉えた。  
2)ブラックホール近傍からのエネルギー放射の規則的な変動が、光度度が低いときにも観測されることを発⾒見見した。

17‣ 天⽂文学的新規性
今回のはくちょう座V404星のアウトバーストにおける新規性:
1)今までX線でしか観測できないと思われていたBHからの放射エネルギーの振動現象を可視光で初めて捉えた。  
2)ブラックホール近傍からのエネルギー放射の規則的な変動が、光度度が低いときにも観測されることを発⾒見見した。
•

他のX線連星では、今まで光度度が⾼高いときにしか観測されていない。  

•今回のアウトバーストにおいて、今まで観測されていたよりも10分の1以下の低い光度度のときにも観測された。

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‣ 観測結果(4)

規則的なパターンを持つ可視光の変動が何度度も観測され、このような変動が今までよりも10分の1以下の低い光度度のときにも⾒見見つかった!

可視光の明るさ(等級)Magnitude

I−bandR−bandV−bandB−bandNo filter

1010

first detection by Swift/BAT

121214141616

18

180

1324

101012121414161618185687910101212

14141616181891011
BJD − 2,457,189 (day)12

アウトバーストが始まってからの⽇日数1913‣ 観測結果(4)101

今まで他の天体で同じような変動が観測されていた光度度

0光度度(対数)
Lbol (1.35× 1039 ergs s)

1010−1

10−2

SwiY/BAT	  (black)	  &	  INTEGRAL/ISGRI	  (red)	  light	  curves

10−310−4024681012

アウトバーストが始まってからの⽇日数
BJD−2,457,189•

dip-‐‑‒type  oscillations  は今まで観測されたよりも10分の1以下の低い光度度でも観測された
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‣ まとめ★ 今回、規則的なパターンを持つ可視光の変動が初めて⾒見見つかった。

これは、可視光でもブラックホール近傍からの規則的な光の変動を観測できることを⽰示す第⼀一例例⽬目である。  
★ このような規則的な可視光の変動は光度度が低い時にも⾒見見つかった。  

このことから、私たちは質量量降降着率率率(光度度)が⾼高いことが、X線連星における短時間変動を起こす重要なパラメーターではないと考える。
私たちの観測結果は、今までの天⽂文学的な常識識を覆すものである  これからのブラックホール天⽂文学の進展に期待！

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‣ 今後の展開
京⼤大3.8m望遠鏡(可視近⾚赤外)で未来のブラックホール天⽂文学を切切り拓拓く!
京⼤大3.8m望遠鏡@岡⼭山  のイメージ図  (c)京都⼤大学

ー主な三つの研究テーマー  1. 突発天体対応観測  2. 系外惑星研究  3. 恒星スーパーフレア  •京⼤大専有望遠鏡で、⻑⾧長い観測時間を確保できる  •突発天体対応観測(ブラックホールX線連星含む)がメインの望遠鏡としては世界最⼤大！

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‣ 今後の展開
京⼤大3.8m望遠鏡(可視近⾚赤外)で未来のブラックホール天⽂文学を切切り拓拓く!
〜～はくちょう座  V404星について〜～•

近いうちに再度度アウトバーストを起こす可能性がある。
(2015.6–7、2015.12–2016.1のアウトバーストがそれぞれ短かった)  •⼝口径の⼤大きさを⽣生かして、中⼩小望遠鏡ではできなかった分光観測なども⾏行行いたい。(アウトバースト中、ブラックホール近辺で何が起こっているのか、降降着円盤の状態などを知る⼿手がかりになるかもしれない)23‣ 今後の展開
京⼤大3.8m望遠鏡(可視近⾚赤外)で未来のブラックホール天⽂文学を切切り拓拓く!
〜～機動性のある可視光連続測光に向けて〜～•

今回のはくちょう座V404星のアウトバーストは、最初ガンマ線バーストのアラートによって発⾒見見された。(X線トランジェントのアウトバーストはGRBアラートが発⾒見見する時代になった)  •系内のX線トランジェントについてGRBアラートが流流れたらすぐに⾃自動追尾をするプログラムを組むことで、アウトバースト初期からの短時間変動の光度度曲線を⼿手にいれることができるのではないか。  

•光⾚赤外線⼤大学間連携で多波⻑⾧長・多モード観測を⾏行行い、3.8m望遠鏡はその中核を担う24

‣ 今後の展開
ASTRO-‐‑‒H(来⽉月打ち上げ)と京⼤大3.8  m望遠鏡の連携観測に期待•

機動性の⾼高い3.8m望遠鏡では可視⾚赤外連続観測を、ASTRO-‐‑‒HではX線スペク
トル観測を、同⼀一天体に関して⾏行行う 　(ex.  はくちょう座  V404星)↑ASTRO-‐‑‒Hのイメージ図  (c)JAXA
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