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激変星、 X 線連星の連星軌道運動を
JASMINE で分解できるか
植村誠(広島大学)、野上大作(京都大学) @ JASMINE サイエンス WS
101201
激変星( CV )・ X 線連星( XRB )とは
• コンパクト天体+普通の星(主系列~巨星)– 降着円盤、ジェット
• 激変星( CV )– ~ 1000 天体– 軌道周期: 1 時間~ 5 日
• X 線連星( XRB )– ~ 200 天体– 軌道周期:数十分~数百日
X 線連星のサイズ ( from J. Orosz)
狙い• コンパクト天体連星の軌道を直接観測す
る• そのことにより、軌道傾斜角、連星質量、
時刻に対する天体の速度等を精密に決定する
• 降着円盤やジェット、中性子星内部構造などの基礎的な物理に迫る!
軌道運動の分解
天体 距離 連星間距離(cm)
質量比(M1/M2)
軌道傾斜角
連星周期 (日 )
角度(μas)
固有運動(Hipparcos; mas/yr)
固有運動( μas/周期)
SS Cyg (CV)
170 pc 1.5e11 1.50 51 0.275 35 111 84
GK Per (CV)
470 pc 5.6e11 2.1 ~75 2.0 54 25 137
Cyg X-1 (XRB)
2.5 kpc 2.9e12 0.36 48 5.6 20 5.6 86
GRS 1915+105 (XRB)
~10 kpc 7.1e12 17 66 31 45 ? ?
典型的な CV,XRB での例
※ この角度 (μas) は連星重心と伴星間の角距離
• 10μas の位置決定精度なら分解できる?– Astrometric binary になれば研究史上の「事
件」– 既知天体では軌道傾斜角が不定性なしに決定• これまでは輝線幅や伴星の楕円変光のモデ
ル計算から推定。→ 降着円盤からの輝線の起源、ジェットと
円盤は本当に垂直か?など検証
• 近赤外線域なら伴星が卓越– 伴星が OB 型の X 線連星なら可視ー近赤外線
域で伴星が卓越– 伴星が GKM 型の X 線連星や激変星だと、 8 割
以上は伴星からの光 (e.g. Dhillon & Marsh 1995, MNRAS, 275, 89)
– 可視光では降着円盤やホットスポット、白色矮星からの放射の寄与が比較的大きい。• JASMINE 向き?
先行研究(シミュレーション)の例• Tomsick & Muterspaugh (2010)
中性子星 X 線連星 X Per の予想される位置変化
Proper motionParallax (solar)
orbital
中性子星 X 線連星の等級ー角度の分布図
– Astrometry で中性子星 X 線連星の軌道を確定→中性子質量を高い精度で推定→中性子星の中身(状態方程式)を特定
– 将来の Space Interferometry Mission (SIM; 位置精度=数μas) を想定。
– 結論:数個の天体では 10 %以下の精度で中性子星質量が決まる。
– 他にもこの精度の astrometry で軌道運動の検出→コンパクト天体の質量推定が可能な天体として以下を挙げている。• Cyg X-1 (有名なブラックホール)• SS 433 (有名なジェット天体だがコンパクト天体の
正体は依然不明)• 4U 1700-377(2.4Mo の中性子星?との報告あり)• LS I+61 303 、 LS 5039( ガンマ線連星だがコンパクト天
体の正体不明)
JASMINE による連星運動観測の問題点• 9<H<11 で観測可能な天体数が少ない
以下、いずれも全天で、– CV :~ 10 天体 (Ritter & Kolb catalog)– 伴星が低質量星の XRB :全滅 (Ritter & Kolb catalog)– 伴星が大質量星の XRB :~ 20 天体 (Catalogue of Galactic high-
mass X-ray binaries)
• 時間分解能&精度は足りるか?– 最短で、数時間の軌道周期を 10 分割するとして、数十分の時
間ビンでの解析が可能か?– その場合の位置精度は? 精度的にはギリギリか。もう1ケタ
精度が上がれば良いテーマ?– 中性子星+大質量連星は楕円軌道なので、パラメータが増えて難しいだろう。
– 激変星やブラックホール X 線連星は円軌道なのでその辺りは楽か。
未知天体については?• 既知天体の観測可能数は少なくても、未知の
CV,XRB候補天体、特に質量輸送開始前の天体が見つかる?– 連星進化の観点から面白いかも。– CV,XRB だけではなく、食連星を含めた連星一般のテーマ?
– 通常の proper motion + parallax のモデルでfitting の後、残差が大きいものを連星候補と考えて周期解析 を行う?