[論文レビュー] Bondi Flows on Compact Objects Revisited

Sandip K. Chakrabarti, Soumitri A. Sahu|arXiv (Cornell University)|Jun 2, 1997

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、相対論的流体力学を用いて、ブラックホール、ノーブルシングュラー、中性子星におけるボンディ降着流を再検討し、断熱的球対称降着においてブラックホールやノーブルシングュラーでは衝撃波が形成されないが、中性子星では境界条件に依存して形成される可能性があることを示している。主な結果として、ブラックホール降着ではスペクトル傾き ~1.5 の弱いハードX線尾が生じるが、中性子星やノーブルシングュラーではそのような尾が存在せず、中性子星候補ではより高いエネルギーにソフトバンプが現れる。

ABSTRACT

We revisit Bondi flows on black holes, naked singularities and neutron stars keeping in mind recent progress in understanding of the flow behaviour near compact objects. In an adiabatic spherical accretion on black holes and naked singularities, standing shock waves do not form, but shocks on neutron stars may or may not form depending on the boundary conditions. For low accretion rates (hard state), these objects may behave similarly. However, for high accretion rates (soft state), the converging flow on a black hole will produce a weak hard tail of energy spectral slope of $\sim 1.5$ (apart from the soft bump) while the flow on a neutron star or a naked singularity will have no hard tail. The soft bumps of neutron star candidates may generally be at higher energies than those of naked singularities.

研究の動機と目的

• 最近の相対論的流体力学の進展を踏まえ、ブラックホール、ノーブルシングュラー、中性子星におけるボンディ降着モデルの再表現および精緻化を行う。
• さまざまな高密度天体タイプにおける断熱的球対称降着流における定常衝撃波の形成を調査する。
• 降着レートの変動に応じて、ブラックホール、中性子星、ノーブルシングュラーの間で、特にハードX線尾とソフトバンプのスペクトル特徴がどのように異なるかを比較する。
• 降着状態（ハード状態対ソフト状態）が観測可能なX線スペクトル特徴に与える影響を特定する。

提案手法

• 高密度天体への球対称的断熱的降着流を記述する相対論的流体力学方程式を採用した。
• 境界条件を変えて数値的に径方向流れの式を解き、衝撃波の形成を評価した。
• 降着流のエネルギースペクトル形状を分析し、特にハードX線尾の有無に注目した。
• ボンディ降着モデルをベースとし、高密度天体周辺の一般相対性理論的効果を含めるように拡張した。
• 低降着レートおよび高降着レートの両状態で、ブラックホール、中性子星、ノーブルシングュラー間のスペクトル結果を比較した。
• 放射スペクトルにおけるソフトバンプのエネルギー依存性を評価し、特に中心天体の性質との関係を検討した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 断熱的球対称降着流において、ブラックホールやノーブルシングュラーでは定常衝撃波が形成されるか？
• RQ2 中性子星への降着では、どのような条件下で衝撃波が形成されるか？
• RQ3 ブラックホール降着は検出可能なハードX線尾を生じるか？そのスペクトル傾きはいかほどか？
• RQ4 中性子星候補におけるソフトX線バンプのエネルギーは、ノーブルシングュラー系と比較してどの程度か？
• RQ5 これらの高密度天体タイプにおいて、ハード状態とソフト状態のスペクトル特徴はどのように異なるか？

主な発見

• 断熱的球対称降着流において、ブラックホールやノーブルシングュラーでは定常衝撃波が形成されない。
• 中性子星では衝撃波が形成される可能性があるが、特定の境界条件に依存しており、その発生は条件付きである。
• 高降着レート（ソフト状態）のシナリオでは、ブラックホール降着がスペクトル傾き約1.5の弱いハードX線尾を生じる。
• 中性子星やノーブルシングュラーでは、そのX線スペクトルにこのようなハード尾が存在しない。
• 中性子星候補におけるソフトX線バンプは、通常ノーブルシングュラー系よりも高いエネルギーに現れる。
• スペクトルの違い、特にブラックホールではハード尾の存在、中性子星では高エネルギーにソフトバンプが現れることから、これらの高密度天体タイプを観測的に区別するための診断指標として利用できる。