[論文レビュー] Estimation and Effects of the mass outflow rate from shock compressed flow around compact objects

Sandip K. Chakrabarti|arXiv (Cornell University)|Oct 1, 1999

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、ブラックホールや中性子星のようなコンパクトな物体の周囲における衝撃波で圧縮された降着流から質量流出率を推定するモデルを提案している。流出は衝撃波における圧縮されたガスから生じ、圧縮比によって支配されることを示している。推定された流出率は観測データおよび数値シミュレーションと一致しており、モデルは流出をX線連星におけるスペクトル状態およびQPO（準周期的揺動）と結びつけている。

ABSTRACT

Outflows are common in many astrophysical systems which contain black holes and neutron stars. Difference between stellar outflows and outflows from these systems is that the outflows in these systems have to form out of the inflowing material only. The inflowing material can form a hot and dense cloud surrounding the compact object, either because of a centrifugal barrier, or a denser barrier due to pair plasma or pre-heating effects. This barrier behaves like a stellar surface as far as the mass loss is concerned. We estimate the outflow rate from the regions of shock compressed flow. The outflow rate is directly related to the compression ratio of the gas at the shocks. These estimated rates roughly match the rates in real observations as well as those obtained from numerical experiments. In special geometries, where the solid angle of the outflow is higher, the disk evacuation takes place creating quiescence states. Outflows are shown to be important in deciding the spectral states and Quasi Periodic Oscillations (QPO)s of observed X-rays.

研究の動機と目的

• 流入する物質が高密度の衝撃領域を形成するコンパクトな物体系における質量流出の起源と流出率を理解すること。
• 遠心力的またはペアプラズマ障壁における衝撃波による圧縮が、流出生成にどのように寄与するかを特定すること。
• 推定された流出率を観測されたX線スペクトル状態および準周期的揺動（QPO）と関連付けること。
• 高立体角の流出によるディスクの空洞化によって、静止状態が形成される仕組みを説明すること。
• 理論的流出率が観測データおよび数値シミュレーションとどの程度一致するかを検証すること。

提案手法

• コンパクトな物体の周囲の降着流を、遠心力的またはペアプラズマ障壁を伴う衝撃波捕捉手法でモデル化する。
• 衝撃波前線におけるガスの圧縮比に基づいて質量流出率を計算する。
• 流体力学的原則を用いて、圧縮領域からの質量フラックスを推定し、衝撃層を仮想星体表面として扱う。
• 流出の立体角などの幾何的効果を考慮し、ディスクの空洞化および状態遷移を評価する。
• 解析的推定を用いて、流出率とX線観測現象（スペクトル状態やQPOなど）との関連を結びつける。
• 理論的流出率を観測値および数値シミュレーションと比較することで、結果の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コンパクトな物体の周囲における衝撃波で圧縮された降着流の質量流出率は、何によって決定されるか？
• RQ2 衝撃波における圧縮比は、流出率にどのように影響するか？
• RQ3 流出はX線連星における静止状態の形成にどのような役割を果たすか？
• RQ4 流出率は観測されたX線スペクトル状態およびQPOとどのように関連するか？
• RQ5 解析的推定による流出率は、観測データおよび数値シミュレーションとどの程度一致するか？

主な発見

• 質量流出率は、衝撃波前線におけるガスの圧縮比に比例する。
• 衝撃波による圧縮から推定された理論的流出率は、X線連星における観測値および数値シミュレーションと一致する。
• 高立体角の流出は、ディスクの顕著な空洞化を引き起こし、静止状態をもたらす。
• 流出は、コンパクトな物体系のスペクトル状態を決定づける重要な要因である。
• 流出は、X線光曲線における準周期的揺動（QPO）の励起および変調に重要な役割を果たす。
• 衝撃波で圧縮された領域は、仮想星体表面として振る舞い、物理的表面がなくても質量損失が可能になる。