An intrinsic decline of accretion activity in GRS 1915+105

Sintesi Tecnica: Un declino intrinseco dell'attività di accrescimento in GRS 1915+105

Problematica
Il canonical microquasar GRS 1915+105 ha esibito cambiamenti multi-lunghezza d'onda senza precedenti dal 2018, entrando in uno stato prolungato di basso flusso e forte oscuramento ai raggi X, interrotto da intensi flare nel 2023–2024. Recenti non-rilevamenti profondi nel radio e nei raggi X molli hanno lasciato ambigua la natura dell'attuale attività del nucleo. Il problema centrale affrontato è se la scomparsa della sorgente sia dovuta a un potenziamento di una colonna circumnucleare oscurante (un "bozzolo") o a un declino intrinseco dell'attività di accrescimento. Questi due scenari sono attualmente degeneri, poiché entrambi possono sopprimere il flusso osservato.

Metodologia
Gli autori presentano nuovi vincoli multi-lunghezza d'onda per rompere questa degenerazione:

1. Osservazioni ai raggi X NuSTAR: Un'osservazione mirata nel novembre 2025 ha fornito un non-rilevamento profondo nella banda 3–78 keV. Gli autori hanno utilizzato l'analisi Bayesiana dei raggi X (BXA) con campionamento annidato (MultiNest) per derivare limiti rigorosi del flusso ($F_{3-78} < 1.3 \times 10^{-13}$ erg s$^{-1}$ cm$^{-2}$), corrispondenti a un limite di luminosità di $L_{3-78} < 1.4 \times 10^{33}$ erg s$^{-1}$. Questo limite è $10^4$–$10^6$ volte più profondo dei rilevamenti storici.
2. Spettrofotometria infrarossa SPHEREx: I dati della missione SPHEREx (epoche nel tardo 2025 e inizio 2026) sono stati analizzati per costruire la distribuzione spettrale di energia (SED) della sorgente nell'intervallo 0.75–5.0 $\mu$m. Gli autori hanno impiegato la fotometria forzata per mitigare la contaminazione da parte del campo infrarosso affollato, riconoscendo che potrebbe esistere una contaminazione residua.
3. Modellazione e Confronto: Gli autori hanno testato l'ipotesi di "oscuramento potenziato" adattando il non-rilevamento di NuSTAR con modelli di oscuramento di AGN fisicamente auto-consistenti (UXCLUMPY, XSKIRTOR e BNsphere). Hanno calcolato le frazioni di scattering e le densità di colonna necessarie per spiegare i non-rilevamenti ai raggi X e al radio. Inoltre, hanno stimato la luminosità di riprocessamento termico attesa da un bozzolo Compton-thick che assorbe la storica potenza di accrescimento della sorgente e l'hanno confrontata con il flusso infrarosso osservato. La posizione della sorgente è stata inoltre mappata sul piano medio-infrarosso–raggi X ($L_{\text{MIR}}$–$L_X$) rispetto ai dati storici e ad altri binari a buco nero.

Risultati Chiave

• Vincoli ai raggi X: Il non-rilevamento di NuSTAR richiede che, se la sorgente è intrinsecamente attiva, qualsiasi bozzolo oscurante debba essere Compton-thick ($N_H \gtrsim 2 \times 10^{25}$ cm$^{-2}$) e coprire l'intero cielo ($4\pi$). Fondamentalmente, per sopprimere il flusso ai livelli osservati, la frazione di scattering ($f_{\text{scatt}}$) deve essere inferiore a $\sim 10^{-4}$. I modelli standard di assorbitori Compton-thick tipicamente mostrano frazioni di scattering di alcuni percentuali; raggiungere una frazione così bassa richiede una geometria implausibilmente specifica.
• Vincoli Infrarossi: Se la sorgente fosse intrinsecamente attiva ai livelli storici ($L_{\text{acc}} \sim 0.05 L_{\text{Edd}}$) e completamente oscurata da un guscio Compton-thick, l'energia assorbita verrebbe riprocessata in emissione termica infrarossa. Per un raggio del guscio di $10^{13}$ cm, il flusso previsto a 5 $\mu$m sarebbe di $\sim 70$ mJy (arrossato), superando i limiti di rilevamento di SPHEREx di quasi due ordini di grandezza. Anche per gusci più grandi, la massa richiesta per sostenere tale colonna diventa fisicamente irrealistica (comparabile all'intera massa del sistema binario).
• Analisi SED e del Piano: La SED a banda larga costruita con NuSTAR, SPHEREx e i dati radio mostra che la sorgente è significativamente più debole in tutto lo spettro elettromagnetico rispetto ai suoi stati storici. Sul piano $L_{\text{MIR}}$–$L_X$, la sorgente occupa ora il regime coerente con i binari a buco nero in quiescenza, piuttosto che con gli stati oscurati o di flare osservati in precedenza.
• Non-rilevamento Radio: Gli autori notano che un bozzolo ionizzato e Compton-thick sarebbe otticamente spesso alle onde radio tramite assorbimento free-free, coerentemente con i profondi non-rilevamenti radio. Tuttavia, ciò non risolve il conflitto con la mancanza di emissione termica riprocessata nell'infrarosso.

Conclusione e Significato
L'articolo sostiene che lo scenario di "oscuramento potenziato" è incoerente con la mancanza di emissione termica riprocessata nell'infrarosso e con gli estremi vincoli geometrici richiesti per sopprimere lo scattering dei raggi X. Al contrario, i dati sono coerenti con un indebolimento intrinseco dell'attività di accrescimento di 2–4 ordini di grandezza (o più) avvenuto intorno al novembre 2025 o precedentemente.

Gli autori propongono un meccanismo fisico in cui i violenti outflow e l'attività di flare osservati durante il 2023–2024 hanno progressivamente espulso il materiale di alimentazione dal disco di accrescimento interno, portando allo spegnimento della sorgente. Questa interpretazione suggerisce che GRS 1915+105 stia transitando verso una nuova fase di quiescenza. La significatività di questo lavoro risiede nel fornire la prima chiara evidenza di tali drammatici cambiamenti secolari dell'accrescimento su scale temporali umane in un microquasar. Gli autori suggeriscono che il monitoraggio continuo, in particolare con osservazioni radio a frequenza più elevata e strutture infrarosse/sub-millimetriche sensibili (come ALMA e JWST), sia necessario per confermare l'esaurimento del disco interno e caratterizzare qualsiasi eventuale bozzolo gassoso rimanente.