マイクロクエーサーからのジェット

上田佳宏 （京大宇宙物理）

Introduction

ブラックホール降着流研究の意義
 相対論的ジェットの起源
 莫大なエネルギー解放＞ 円盤からの電磁波放射
 エネルギー源＝重力エネルギーだが変換プロセスは謎
 質量降着率に依存した降着モードの理解 放射、移流、アウトフローへのエネルギー配分

 質量スケールで規格化できる普遍の物理の探査
 恒星質量ブラックホールとAGN(井上進トーク）
宇宙降着史、宇宙構造形成の理解に不可欠 宇宙物理学全体の重要問題

マイクロクエーサー(狭義：超光速ジェットを示すブラックホール連星）
マイクロクエーサー(Ｍｘ〜10 M◎ ) ：クエーサー (106-9 M◎ )の縮小版
Ideal targets to study disk-jet
connection
disk ←X-ray
jet ←radio~opticalAGN vsMicroQSO
M~108 Mo
~10 Mor~pc~1011 cm (⊿t~sec)r~kpc~1014 cm (⊿t~hour,θ~mas) Mirabel & Dodriguez (1998)

マイクロクエーサーの例
ブラックホール連星 ジェット速度
SS 433
V=0.26c
GRS 1915+105 V = 0.92-098c
GRO J1655-40
V = 0.92c
XTE J1550-564 Vapp > 2 c
1E1740.7-2942
V~0.27c
Cyg X-1
V>0.3cAll BHCs in the Low/Hard State
中性子星連星Cir X-1
Vapp>15c
Sco X-1
V~0.5cZ-sources
ブラックホールか中性子星か未決着
Cyg X-3
V=0.3c

C: J. Orosz

SS 433: いつまでも特異天体？
e-p ジェット(ｖ ~ 0.26c)
 Inner disk
obscured Super criticalaccretion (jetkinetic power~1040 erg/s)
 コンパクト星は未同定(BH orNS)
Blue shifted
radiation

The precessional
period 162days

JetTheVelocity Compact object
0.26clineof sCompanion staright

Accretion disk

Red shifted
radiation

Jet SS 433

The orbital
period 13days
http://www.astro.virginia.edu/images/astronomy/ss433.jpg

Subaru Observations of themass donor star in SS 433
Kubota, YU+ (in prep)
Subaru ormalized Spectra

Radial Velocity Curve(Subaru + Gemini)Identification of the compact starin SS 433
Kubota, YU+ (in prep) Ko= 60.5 +/- 4.0 km/s (our work) KX=168 +/- 18 km/s (Fabrika & Bychokova 1990,

Gies et al. 2002)

 Mo= 12.6 (+4.2 -3.4) Mo MX= 4.5 (+1.3 -1.1) Mo

SS 433のコンパクト星はブラックホール！

GRS 1915+105
GRANAT衛星により発見(Castro-Tirado+ 1992)

最初に発見された系内「超光速」運動
真のジェット速度 = 0.92-0.98 c
傾斜角70°(Mirabel & Rodriguez 1994
Fender+ 1999)

質量関数
MX = 14 ± 4 M◎ (Greiner+ 2001)→ ブラックホール

Ｘ線でも光る超光速ジェット XTE J1550-564•1998年9月20日
短い（<1日）巨大Ｘ線フレア(Sobczak+ 2000)• 1998年9月24日
超光速運動する電波ジェット（Hannikainenn+ 2001)• MX = 10.5 ± 1.0 Msolar(Orosz+, 2002)•ジェットは減速•Ｘ線までシンクロトロンとすると（？）→電子は10 TeVまで加速(Corbel + 2002)

Transient Jet from Cyg X-1
 Relativistic Jets are common phenomena

in stellar mass BH
 Timing of ejection not clear

Fender+ 2006

ブラックホール降着円盤の状態 (state)

BHBの状態変化
GRO J1655-40

Done+ 2007

State as a function of accretion rate
Slim disc (opt. thick ADAF) at m>>1

(soft state)(hard state)

When accretion rate is high optically thick disc(standard disc) extends tothe innermost stable orbit
 strong soft X-rays(blackbody like)
When accretion rate is low
 ADAF: hot corona strong hard X-ray emission
via Comtonisation (powerlaw)
Esin+ 1997, ApJ, 489, 865

Disk Component (L∝Tin4 ) Done+ 2007

GRS 1915+105 のＸ線変動(Belloni+ 2000)

State B

C

CC

HR1

A

ABC

A

A

B

C

A
C B

B
C

State C

時間変動は３基本状態間の遷移
State A

HR2

B

A

高質量降着率下での降着円盤の理論
標準円盤 とスリム円盤 の遷移State C: 標準円盤 ＋ strong Comptonization ?
State A/B: 最内縁まで伸びた標準円盤? or スリム円盤？

理論的描像

.

Slim disk

M大（熱的・構造的安定）

標準円盤

不観測 vs 理論
 ２次元放射流体シミュレーションとの比較
 Limit cycleはよく再現している
Ohsuga2005

BHBジェットの種類

Jets from microquasars(* the numbers are for the case of GRS 1915+105）

1. Large flare with superluminal motionS ~ 1 Jy (optically thin)time scale: rise ~ 1 day, decay: months
Pjet>5x1038 erg s-1

2. Repeated flare in the “oscillation” state (so far onlyfrom GRS 1915+105)






S=10-300 mJytime scale = 20 minutes 〜 hours
Pjet>1038 erg s-1

3. Compact jet in the low/hard state or very high state

S=1-50 mJy (optically thick)
Persistent
X-ray spectra: strong Comptonization by hot corona:Radiatively Inefficient Accretion Flow + Trancated accretion
disc?

Low/Hard stateでのコンパクトジェット

Low/Hard Stateのブラックホールから検出（恒常的に存在）
High/Soft Stateでは消滅
フラットスペクトル（近赤外まで）
Cyg X-1 (Stirling+)→光学的に厚いシンクロトロン放射
GX339-4 (Corbel & Fender 2002)

Lradio – Lx relation in LHS
Gallo+ 2003

2005 Oct Multiwavelength Campaign

Hours since 16 Oct 05 (UT)

2040YU+ 200660

X-ray State (Oscillation)
 Class θ(State C→ State A (soft dip) →State C)
1-12 keV

12-60 keVHardness

10 min.

YU+ 2008

Ks magNear IR (Subaru)

10 minutes

Count Rate

X-rays (Suzaku)

RelativeTime (Hours)

Oscillation High State

Oscillation Low State

Oscillation HighStableOscillation Low

Comtonisation dominatedΓ~3 (similar to VHS in BHC)

「すざく」「すばる」同時観測の主要結果
 Kで~0.1 mag程度のフレアを検出
 Kで数秒以下の時間変動→サイズ <1e11 cm; ジェットの根元？
 Ｘ線と赤外線は反相関：赤外線フレアはＸ線のソフトディップの開始とほぼ同期するもし赤外線フレアがジェット起源とすると（cf.Arai+ 2009 soft stateの赤外線は別起源)
 State C（ハード）からState A（ソフト）への状態遷移がジェット放出をトリガーする コンプトン電子雲そのものがジェットとして放出 ?
 いつでもコンプトンが効いている（単純なslim/standard disk 遷移ではない！）

Large Jet from GRS1915+105

Dhawan+ 2000, ApJ, 543, 373

Unified Model for BHB jets (?)
Fender+ 2004

Jet lineはどこにある？
GX 339-4

Russel+ 2008

GRS 1915+105
2007 Aug ついに“soft state”にChandra HETGS ToO + RXTE
 ゆるやかな時間変動（後半に増光）
 67 Hz QPOでたあ！

円盤風の性質 Outflow → disk wind origin
 Si XVI: v~150 km/s, σ~70 km/s
 Fe XXVI: v~500 km/s, σ~200 km/s
→ 視線方向に構造あり

Location r~105 rg→ thermal and/or radiation driven windionization parameter ξ ∝ ｒ0-0.5
 Mass outflow rate >~ accretion rate“soft state”の連続成分の起源
低温コンプトン(Te~4 keV, tau~5)

NLS1との類似
REJ: M~3x106 Mo, 1 hour QPO
GRS: M~14Mo, 67 Hz QPO
Gierlinski+2008

Middleton+ 2009

Low TCompton
T ∝M-1/4

まとめ
BH降着流の完全理解の道はまだまだ マイクロクエーサーの多波長同時観測は「降着流とジェットの関連」に切り込む鍵を握っている これからは突発天体の多波長観測の黄金期
 高エネルギー観測の新展開
 「すざく」、 GLAST、MAXI、Astro-H
 速報（タイミング）、広域スペクトル＋精密Ｘ線分光→降着円盤ダイナミクスの完全理解へ
 機動性の高い国内望遠鏡とのリンク
 ジェットでの加速を探るためには、シンクロトロン自己吸収に透明な、可視・近赤外バンドでの観測が最も重要

多波長同時観測対象を普通のＢＨＣへ拡張