XMM-NewtonXMM-Newton 衛星で衛星で探る探る SS 433SS 433 のジェッのジェッ

ト周辺のト周辺のプラズマ構造プラズマ構造

河合研究室　久保田　香織河合研究室　久保田　香織

I.I. IntroductionIntroduction

II.II. InstrumentationInstrumentation

III.III. ObservationsObservations

IV.IV. Data analysisData analysis

V.V. DiscussionDiscussion

VI.VI. ConclusionConclusion

ContentsContents

ほぼ銀河面上に位置ほぼ銀河面上に位置銀経　銀経　 l = 39.7°l = 39.7° 銀緯　銀緯　 b = -2.2 °b = -2.2 °

超新星残骸超新星残骸 W50W50 の中心付近にあるの中心付近にある　超新星爆発の後に残った星か？　超新星爆発の後に残った星か？

相対論的なジェットを持つ天体相対論的なジェットを持つ天体 主系列星とコンパクト星の連星系（主系列星とコンパクト星の連星系（ 1313 日周日周

期）期） 双極ジェットは歳差している（双極ジェットは歳差している（ 164164 日周期）日周期）

Introduction: SS 433Introduction: SS 433 とはとは

Dubner et al. (1998) , Brinkmann et al. (1995)

SS 433

伴星

コンパクト天体

歳差周期　 164 日

連星周期　 13 日

降着円盤

ジェット

速度　0.26c

ジェット

赤方偏移

青方偏移

http://www.astro.virginia.edu/images/astronomy/ss433.jpg

Introduction: Introduction: 未解決問題未解決問題 SS 433SS 433 の運動学的モデルはできているの運動学的モデルはできている 根本的なサイエンスはよくわかっていない！根本的なサイエンスはよくわかっていない！

ジェットの生成、加速、歳差のメカニズムジェットの生成、加速、歳差のメカニズム コンパクト星の正体　（コンパクト星の正体　（ Black hole or Black hole or 中性子中性子

星）星）などなど

X 線観測が最もよいアプローチ！

輝線が主な研究対象

Introduction: XIntroduction: X 線観測線観測

全ての全ての XX 線衛星が観測線衛星が観測 最近の観測成果最近の観測成果

ASCA (1993ASCA (1993 －－ 2000)2000) Chandra X-ray Observatory (1999Chandra X-ray Observatory (1999 － － ))

連続成分に着目！

ASCA

FeXXV Kα lines

Kotani et al. (1994)

InstrumentationInstrumentation

XMM-Newton XMM-Newton 衛星　衛星　 ( 1999( 1999 年年 1212 月月 1010 日　打日　打ち上げ ち上げ )) 有効面積大有効面積大 !!

EEuropean uropean PPhoton hoton IImaging maging CCamera-pnamera-pn BandpassBandpass 0.15 0.15 －－ 15 keV15 keV Spectral resolusionSpectral resolusion 　　～　　～ 150 eV150 eV 有効面積有効面積 ～ ～ 300 cm300 cm2 2 @ 6.4 keV @ 6.4 keV

精度のよいデータが得られる！

ObservationsObservations

W.Brinkmann W.Brinkmann 氏らによる観測提案氏らによる観測提案 統計：良、バックグラウンド：低、蝕外統計：良、バックグラウンド：低、蝕外

2003 年 10 月 19日

2003 年 10 月 25日

約 63°

傾き角最大の時

輝線同士が最も離れる

伴星

コンパクト星

コンパクト星

5.05.0 －－ 10 keV10 keV をフィッティングをフィッティング 部分的に強く吸収されているジェットを仮定部分的に強く吸収されているジェットを仮定

ジェットからの放射ジェットからの放射 ::　　　　１温度 熱的制動放射 ＋ 輝線１１本　　　　１温度 熱的制動放射 ＋ 輝線１１本 吸収体中の鉄 吸収体中の鉄 KK 殻吸収端のエネルギー殻吸収端のエネルギー EEedge edge : free: free

Data analysis: Data analysis: スペクトルスペクトルモデルモデル

χ2/d.o.f = 1725/740

5.0 106.0 7.0 8.0 9.0

NH

lea

5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10

χ2/d.o.f = 861/740

初めて吸収端が検出された！

Data analysis: Data analysis: 吸収体の物吸収体の物理量理量

2003/10/192003/10/19 2003/10/252003/10/25

EEedgeedge (keV) (keV) 7.967.96+0.04+0.04 7.807.80+0.06+0.06

NNH leaH lea (cm (cm--

22))9696+6+6×10×102222 9595+6+6×10×102222

吸収されている吸収されているXX 線放射の割合線放射の割合

0.800.80 0.810.81

中性中性 Fe KFe K 殻 吸収端： 殻 吸収端： 7.11 keV7.11 keV

-0.01

-3

-0.01

-5

初めて吸収端が検出された！

吸収端のエネルギーがシフトしている吸収端のエネルギーがシフトしている 吸収体中の吸収体中の FeFe は電離しているは電離している 吸収体が視線速度を持っている吸収体が視線速度を持っている

　　青方偏移しているジェットの速度と同程度　　青方偏移しているジェットの速度と同程度

-0.0876-0.0876+0.0006+0.0006

( -0.0923( -0.0923+0.0000 +0.0000 ))-0.1055-0.1055+0.0012+0.0012

( -0.0976( -0.0976+0.0012 +0.0012 ))吸収体の吸収体の zz(z(z_blue_blue))

Fe Fe XVXV －－ Fe Fe XVIXVIFe Fe XVIIXVII －－ Fe Fe XVIIIXVIII電離度電離度

2003/10/252003/10/252003/10/192003/10/19

-0.0003

-0.0049 -0.0066

-0.0004

Discussion: Discussion: エッジの解釈エッジの解釈Lotz et al. (1968)

Fe XVIFe XVIII

Lsrc

r ne

プラズマ中プラズマ中 FeFe の電離度の電離度

光電離しやすさ 光電離しやすさ ξξξ≡ Lξ≡ Lsrcsrc / 4πr / 4πr22 n nee

Discussion: Discussion: 電離したプラズマ電離したプラズマの場合の場合

仮定：仮定：吸収体は光電吸収体は光電離している離している

r

Kallman and McCray (1982)

log ξ ～ 1.8

Discussion: Discussion: 問題点問題点 光電離しやすさを表すパラメーター光電離しやすさを表すパラメーター

ξ≡ Lξ≡ Lsrcsrc / 4πr / 4πr22 n nee

吸収体中で吸収体中で ξξ が一定、が一定、 nnee≒N≒NH leaH lea/r /r と仮定と仮定

　　　　　　　　 r ≒ dr ≒ d22 f forgorg / N / NH lea H lea ξξ d = 4.85 kpc d = 4.85 kpc とすると、とすると、

r ≒ 3×10r ≒ 3×109 9 cmcmnnee ≒ 3×10 ≒ 3×1014 14 cmcm-3-3

XX 線ジェット線ジェット ( 10( 101212 cm ) cm ) に対して短すぎる！に対して短すぎる！

Discussion: Discussion: 解決するジオメ解決するジオメトリトリ

こちらからは観測できこちらからは観測できないない XX 線放射がある線放射がある

r ≒ dr ≒ d22 f forgorg / N / NH lea H lea ξξ

吸収体の半径吸収体の半径　　　　　　 r = 10r = 101212 cm cm とするとする

SS 433SS 433 からのからの XX 線放射線放射 LLsrcsrc = 10 = 103939 erg s erg s-1-1

ConclusionConclusion XMM-Newton EPIC-pnXMM-Newton EPIC-pn でで SS 433SS 433 を観測 を観測 　　 ： シフトした鉄の　　 ： シフトした鉄の KK 殻吸収端を検出殻吸収端を検出 吸収体の物理量から吸収体の大きさを見積もった吸収体の物理量から吸収体の大きさを見積もった

: X: X 線ジェットの大きさの線ジェットの大きさの 100100 分の分の 11 程度程度 ジェットからの放射を十分に遮ることができなジェットからの放射を十分に遮ることができないい

観測できない観測できない XX 線放射の存在を仮定すれば解決！線放射の存在を仮定すれば解決！ 有力な候補有力な候補

： 降着円盤の内側やジェットの根元からの放射： 降着円盤の内側やジェットの根元からの放射

ここから　隠しトラペ

Discussion: Discussion: 吸収体が動く場吸収体が動く場合合

ジェットと吸収体は圧力ジェットと吸収体は圧力平衡、ジェットは膨張平衡、ジェットは膨張

nn00 ・・ TT00 > n > n ・・ TT nn0 0 = 10= 101313 cm cm-3-3, T, Too = =

101088 K K イオンは電離していないイオンは電離していない

T = 10T = 1055 K K

プラズマの大きさプラズマの大きさr < 10r < 1077 cm cm

6 × 109 cm

r

Discussion: Discussion: 支持根拠支持根拠 吸収体の吸収体の NHNH ～～ 10102424 cm cm-2-2

光学的深さ光学的深さ ττ ～～ 11

トムソン散乱の効果が効いてくるはず…トムソン散乱の効果が効いてくるはず…スペクトルのライン幅 > モデルのライン幅

吸収体による散乱の効果か？