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R. Fender
Author with expertise in Astrophysical Studies of Black Holes
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Towards a unified model for black hole X-ray binary jets

R. Fender et al.Dec 1, 2004
We present a unified semiquantitative model for the disc–jet coupling in black hole X-ray binary systems. In the process we have compiled observational aspects from the existing literature, as well as performing new analyses. We argue that during the rising phase of a black hole transient outburst the steady jet known to be associated with the canonical ‘low/hard’ state persists while the X-ray spectrum initially softens. Subsequently, the jet becomes unstable and an optically thin radio outburst is always associated with the soft X-ray peak at the end of this phase of softening. This peak corresponds to a ‘soft very high state’ or ‘steep power-law’ state. Softer X-ray states are not associated with ‘core’ radio emission. We further demonstrate quantitatively that the transient jets associated with these optically thin events are considerably more relativistic than those in the ‘low/hard’ X-ray state. This in turn implies that, as the disc makes its collapse inwards, the jet Lorentz factor rapidly increases, resulting in an internal shock in the outflow, which is the cause of the observed optically thin radio emission. We provide simple estimates for the efficiency of such a shock in the collision of a fast jet with a previously generated outflow that is only mildly relativistic. In addition, we estimate the jet power for a number of such transient events as a function of X-ray luminosity, and find them to be comparable to an extrapolation of the functions estimated for the ‘low/hard’ state jets. The normalization may be larger, however, which may suggest a contribution from some other power source such as black hole spin, for the transient jets. Finally, we attempt to fit these results together into a coherent semiquantitative model for the disc–jet coupling in all black hole X-ray binary systems.
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State-dependent signatures of jets and winds in the optical and infrared spectrum of the black hole transient GX 339-4

A. Ambrifi et al.Jan 9, 2025
GX 339-4 is one of the prototypical black hole X-ray transients, exhibiting recurrent outbursts that allow detailed studies of black hole accretion and ejection phenomena. In this work we present four epochs of optical and near-infrared spectroscopy obtained with X-shooter at the Very Large Telescope. The dataset includes two hard state spectra, collected during the 2013 and 2015 outbursts, and two soft state spectra observed during the 2021 outburst. Strong Balmer, Paschen He i and He ii emission lines are consistently observed in all spectra, while Brackett transitions and the Bowen blend are only prominent in the soft state. Although P-Cygni profiles are not identified, the presence of wind signatures, such as extended emission wings, flat-top and asymmetric red-skewed profiles, is consistently observed through most emission lines, suggesting the presence of wind-type ejecta. These features are particularly evident in the hard state, but they are also observed in the soft state, especially in the near-infrared. This strengthens the case for state-independent winds in black hole transients and increases the evidence for wind signatures in low-to-intermediate orbital inclination systems. We also study the spectral energy distribution, which provides evidence for the presence of synchrotron emission during the hard state. The jet significantly affects the near-infrared continuum, greatly diluting the emission features produced in the accretion flow. The simultaneous identification of both jet and wind signatures during the hard state reinforces the idea of a complex outflow scenario, in which different types of ejecta coexist.