[論文レビュー] Compton Heated Outflow from CDAFs

Myeong‐Gu Park, Jeremiah P. Ostriker|arXiv (Cornell University)|Aug 30, 2002

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、対流優勢降着流（CDAFs）におけるコンプトン加熱駆動型極超新星噴流の可能性を調査し、このような噴流が $8\times10^{-7}L_E$ から $4\times10^{-5}L_E$ の放射率の範囲で実現可能であることを示している。高コリメーション性と電子温度、磁場強度、粘性パラメータ $\alpha$ に依存する。結果から、CDAFsは密度プロファイルが平坦で放射効率が高いため、ADAFよりもジェット様の噴流を生成しやすいことが示唆される。

ABSTRACT

Convection-dominated accretion flows (CDAF) are expected to have a shallower density profile and a higher radiation efficiency as compared to advection-dominated accretion flows (ADAF). Both solutions have been developed to account for the observed properties of the low luminosity, high temperature X-ray sources believed to involve accretion onto massive black holes. Self-similar CDAFs also have steeper poloidal density gradients and temperatures close to the virial temperature. All these characteristics make CDAFs more capable of producing polar outflows driven by Compton heating as compared to other classical accretion disks. We investigate the conditions for producing such outflows in CDAFs and look for the mass accretion rate, or, equally, the luminosity of CDAFs for which such outflows will exist. When the electron temperature saturates around 10^11 K at the inner region, polar outflows are probable for 8x10^-7

研究の動機と目的

• コンプトン加熱が対流優勢降着流（CDAFs）において極超新星噴流を駆動できる条件を特定すること。
• このような噴流が物理的に実現可能な質量降着率または放射率の範囲を同定すること。
• 電子温度、磁場、粘性パラメータ $\alpha$ が噴流形成に与える影響を検討すること。
• CDAFsと励起優勢降着流（ADAFs）の間で噴流生成可能性を比較し、CDAFsが平坦な密度プロファイルと高い放射効率により優位であることを強調すること。

提案手法

• 半径方向密度 $\rho \propto r^{-1/2}$ および温度 $T_i \propto r^{-1}$ を有する自己相似的CDAF解を、背景流れ構造として用いる。
• 内側の高温領域からの球対称放射の仮定の下で放射輸送をモデル化し、外側の低密度極領域における電子のコンプトン加熱を扱う。
• 簡略化された放射場処理を採用し、立体角にわたる特定強度の積分によってエネルギー密度およびコンプトン加熱率を計算する。
• 飽和制限付きコンプトン化増幅係数 $\eta_{\text{syn}}^{\text{sat}}$ と自己吸収補正を用いて、コンプトン化されたシンチラトロン放射およびブレムストラールング冷却を組み込む。
• 極面における加熱と冷却のバランスおよび径方向力のバランスを分析することで、噴流の実現可能性を評価する。
• 磁場（等分配値の10%〜1%未塔）および低粘性（$\alpha \lesssim 0.1$）が、噴流の安定性およびコリメーションに与える影響を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CDAFsにおけるコンプトン加熱が極超新星噴流を駆動するのは、どの放射率範囲か？
• RQ2 内側領域の電子温度が噴流の発生およびコリメーションにどのように影響するか？
• RQ3 磁場強度がCDAFsにおける噴流の生成または抑制に果たす役割は何か？
• RQ4 粘性パラメータ $\alpha$ がCDAFsにおける噴流形成の可能性に与える影響は何か？
• RQ5 なぜCDAFsはADAFよりもコンプトン加熱駆動型コリメートド噴流を生成しやすいのか？

主な発見

• コンプトン加熱駆動型噴流は、$8\times10^{-7}L_E \lesssim L/L_E \lesssim 4\times10^{-5}L_E$ の放射率範囲で実現可能であり、ここで $L_E$ はエディントン放射率である。
• 噴流は小さな開口角を示し、ジェット様の構造を示している。
• 電子温度が $\lesssim 6\times10^9\,\text{K}$ 以下になると、噴流解は完全に消失するため、噴流生成のための最小温度閾値があることが示唆される。
• 電子温度が $\sim10^{11}\,\text{K}$ で飽和すると、噴流の発生窓が最大に達するため、内側領域の高温が重要であることが確認される。
• 磁場は等分配値の1%〜10%未塔でなければ噴流を許容するため、強い磁場は極方向噴出を抑制することが示唆される。
• 粘性パラメータ $\alpha$ が小さい場合、CDAF状態（$\alpha \lesssim 0.1$）に一致するため、対流を強化し、径方向力のバランスを変化させることで、噴流形成の可能性が高まる。