Testing the No-Hair Theorem with Observations in the Electromagnetic Spectrum. IV. Relativistically Broadened Iron Lines
Tim Johannsen, Dimitrios Psaltis
备注：
10 pages, 7 figures, accepted for publication in ApJ. Includes the additional result that the disk inclination can be measured independently of the spin and the deviation parameter at low to intermediate inclinations. A selection of iron line profiles is available for download at http://www.science.uwaterloo.ca/~tjohanns/
According to the no-hair theorem, astrophysical black holes are fully characterized by their masses and spins and are described by the Kerr metric. This theorem can be tested observationally by measuring (at least) three different multipole moments of the spacetimes of black holes. In this paper, we calculate the profiles of fluorescent iron lines emitted from the accretion flows around black hole candidates within a framework that allows us to perform the calculation as a function of its mass and spin as well as of a free parameter that measures potential deviations from the Kerr metric. We show that such deviations lead to line profiles that are significantly altered and may exhibit a modified flux ratio of the two peaks in their characteristic double-peaked shape. We also show that the disk inclination can be measured independently of the spin and the deviation parameter at low to intermediate inclination angles as in the case of Kerr black holes. We estimate the precision that near-future X-ray missions such as Astro-H and ATHENA+ are required to achieve in order to resolve deviations from the Kerr metric in iron line profiles and show that constraints on such deviations will be strongest for rapidly spinning black holes. More generally, we show that measuring the line profile with a precision of ~5% at disk inclinations of 30 or 60 degrees constraints the deviation parameter to order unity for values of the spin a>0.5M.
Test of relativistic gravity using microlensing of relativistically broadened lines in gravitationally lensed quasars
我们表明，在强透镜类星体中观测相对论性加宽的发射线（例如X射线中的Fe K α线）的微透镜效应的时间依赖性，可以提供超大质量黑洞视界附近圆形轨道的天体力学数据。该信息可以从放大线的红/蓝边缘的演化的观察中提取，所述红/蓝边缘刚好在微透镜焦散线穿过最内侧稳定圆形轨道的周期之前和之后。这种演化的函数形式对吸积黑洞和微透镜焦散网络系统的许多天体物理参数不敏感（与全谱线的演化相反）。测量红/蓝边缘的时间演化可以精确测量引力红移和圆形轨道速度的径向依赖性，直到最里面的稳定圆形轨道。这些测量可以用来区分广义相对论和相对论引力的替代模型，其中光子和大质量物体绕引力中心的动力学不同于史瓦西或克尔时空中的测地线。
A relativistically broadened O VIII Lyalpha line in the ultra-compact X-ray binary 4U 0614+091
超紧凑的X射线双星由一颗中子星或黑洞组成，它从一颗白矮星-施主星上吸积了物质。超紧凑的性质表现在轨道周期非常短，不到1小时。在4U 0614+091的情况下，来自CO或ONE白矮星的富氧物质流向中子星。这个富含氧的圆盘可以反射中子星发出的X射线，给出一个特征性的发射光谱。本文分析了XMM-Newton卫星获得的4U 0614+091的高分辨率RGS谱和宽谱EPIC谱。我们检测到一个广泛的发射功能，在这两个仪器，这不能解释不寻常的丰度的氧和氖的视线，在文献中提出的。我们解释这一特征为O VIII Lyalpha发射所造成的反射的X射线的高度电离的氧，在强引力场接近中子星。
Inner Accretion Disk Edges in a Kerr-Like Spacetime
根据无毛定理，天体物理学上的黑洞可以用克尔度规唯一描述。为了用电磁波谱或引力波谱的观测来检验这一定理，人们构造了几个类克尔时空，它们以参数形式描述了与克尔时空的可能偏差。对于无毛定理的电磁测试，这样的度量允许对候选黑洞周围的吸积流和从它们发出的辐射进行适当的建模。在许多这样的模型中，吸积盘内缘的位置特别重要。这个内边缘通常被认为与最里面的稳定圆轨道相一致，它可以作为自旋和克尔度规偏差的直接探针。然而，在某些情况下，最内侧的稳定圆形轨道并不存在，相反，吸积盘的内缘是由垂直于盘方向的小扰动的不稳定性决定的。在本文中，我分析了吸积盘的性质，在Kerr-类度规提出的Johannsen和Psaltis [Phys. Rev. D 83，124015（2011）]，其内边缘位于半径的垂直不稳定性发生。我推导出的能量和轴向角动量的圆盘粒子的圆形赤道轨道上移动的表达式，并计算的位置的内部磁盘的边缘。作为一个可能的观察到的这样的吸积盘，我模拟相对论加宽的铁线的配置文件，并表明它们显着依赖于自旋和偏差参数的值。
The shape of Fe K$α$ line emitted from relativistic accretion disc around AGN black holes
起源于超大质量黑洞附近吸积盘的Fe K $α$线，在不到50%的活动星系核中被观测到.在这项研究中，我们调查可以解释这种缺乏检测的吸积盘和黑洞的某些参数的影响，如倾角，盘的内外半径和发射率指数。为了确定这些参数如何影响Fe K $α$线的形状，我们模拟了大约60，000个从相对论盘发射的Fe K $α$线轮廓。基于模拟的谱线轮廓，我们得出结论，缺乏的Fe K $α$线检测在1型活动星系核可能，造成的特定的发射盘参数，但也在光谱分辨率和灵敏度的X射线探测器的限制。
我们选择了八个附近的活动星系核，根据以前的工作，似乎是康普顿薄的视线。我们与MYTORUS模型的宽带X射线光谱从20个单独的观测与$Suzaku$，会计自洽的Fe K $α$线发射，以及直接和散射连续从有限的柱密度和太阳Fe丰度的物质。我们的模型配置使我们能够测量全球范围内，视线外，等效氢柱密度分别从视线。对于20个观测结果中的5个（在3个活动星系核中），我们发现全球柱密度实际上是$\gtrsim 1.5 \times 10^{24}$ cm $^{-2}$，这与远距离散射物质的康普顿厚度一致。对于第四个活动星系核，五分之二的观测结果也与康普顿厚度一致，尽管误差很大。据报道，其中一些活动星系核具有相对论性增宽的Fe K $α$发射。根据我们的建模，除了两次$Suzaku$观测之外，Fe K $α$发射线均未解析，并且数据可以与仅包括窄Fe K $α$发射线的模型很好地拟合。
Reflection Spectra of the Black Hole Binary Candidate MAXI J1535-571 in the Hard State Observed by NuSTAR
我们报告的NuSTAR观测最近发现的明亮的黑洞候选人MAXI J1535-571。NuSTAR在MJD 58003上观测到了该源（在报告爆发后五天）。光谱是硬态黑洞双星的特征。我们观察到清晰的磁盘反射功能，包括广泛的Fe K $α$线和康普顿峰约30千电子伏。详细的光谱模型揭示了狭窄的Fe K $α$线复杂的中心约6.5 keV的强相对论加宽的Fe K $α$线的顶部。窄分量与中等电离物质的远距离反射一致。的光谱连续很好地描述了冷的热盘光子和康普顿等离子体的电子温度$kT_{\rm e}=19.7\pm{0.4}$千电子伏的组合。一个适当的适合可以实现与自洽的相对论反射模型，假设一个灯柱的几何形状的日冕照明源的磁盘反射功能。光谱拟合测量一个黑洞自旋$a>0.84$，内盘半径$R_{\rm in}<2.01~r_{\rm ISCO}$，和灯柱高度$h=7.2^{+0.8}_{-2.0} r_{\rm g}$（统计误差，90%置信度），表明没有显着的磁盘截断和紧凑的日冕。虽然这个源的距离和质量目前还不清楚，但这表明在NuSTAR观测期间，这个源可能处于硬态的较亮阶段。
University of Lodz（罗兹大学）；Nordita, KTH Royal Institute of Technology and Stockholm University（诺迪塔，皇家理工学院和斯德哥尔摩大学）；Nicolaus Copernicus Astronomical Center, Polish Academy of Sciences（波兰科学院尼古拉·哥白尼天文学中心）；Institute of Physics, University of Zielona Góra（热舒夫大学物理研究所）
Relativistic reflection within an extended hot plasma geometry
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡大学）；Dr. Karl Remeis-Sternwarte & ECAP（卡尔·雷梅斯天文台与极端条件天体物理中心）；NASA Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）；California Institute of Technology（加州理工学院）；University of Hertfordshire（赫特福德大学）；Universität Würzburg（维尔茨堡大学）；Goethe Universität（歌德大学）；Max-Planck-Institut für Radioastronomie（马克斯·普朗克射电天文研究所）；H. H. Wills Physics Laboratory（H.H.威尔斯物理实验室）；Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian（哈佛-史密森尼天体物理中心）
Disk truncation triggers relativistic jet launching of a highly accreting supermassive black hole
Tohoku University（东北大学）；Nagoya City University（名古屋市立大学）；National Astronomical Observatory of Japan（日本国立天文台）；University of Miyazaki（宫崎大学）；The University of Osaka（大阪大学）；Shibaura Institute of Technology（芝浦工业大学）；National Institute of Technology, Ichinoseki College（国立工学期仙学院）
Delving into the depths of NGC 3783 with XRISM IV. Mapping of the accretion flow with Fe K$α$ emission lines
Leiden University（莱顿大学）；SRON Netherlands Institute for Space Research（荷兰空间研究所）；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；ESA European Space Research and Technology Centre (ESTEC)（欧洲空间研究和技术中心）；MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院卡弗里天体物理与空间研究所）；University of Teacher Education Fukuoka（福冈教育大学）；University of Michigan（密歇根大学）
