[論文レビュー] Low angular momentum accretion flow model of Sgr A* activity

B. Czerny, Monika Mościbrodzka+3 more|ArXiv.org|Oct 12, 2007

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 20被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、Sgr A* の変動的で低輝度の放射を説明するため、低角運動量降着流（LALF）モデルを提案する。このモデルは、近くの星からの降下物質が最小限の角運動量を有し、内側安定軌道近くで直接降着を起こし、自然な変動性を生じる。非熱的電子にわずかな割合のエネルギーが集中される場合、観測された全波長スペクトルおよびファラデー回転の制約を再現する。

ABSTRACT

Sgr A* is a source of strongly variable emission in several energy bands. It is generally agreed that this emission comes from the material surrounding the black hole which is either falling in or flowing out. The activity must be driven by accretion but the character of accretion flow in this object is an open question. We suggest that the inflow is dominated by the relatively low angular momentum material originating in one of the nearby group of stars. Such material flows in directly towards the black hole up to the distance of order of ten Schwarzschild radii or less, where it hits the angular momentum barrier which leads naturally to a flow variability. We study both the analytical and the numerical solutions for the flow dynamics, and we analyze the radiation spectra in both cases using the Monte Carlo code to simulate the synchrotron, bremsstrahlung and the Compton scattering. Our model roughly reproduces the broad band spectrum of Sgr A* and its variability if we allow for a small fraction of energy to be converted to non-thermal population of electrons. It is also consistent (for a range of viewing angles) with the strong constraints on the amount of circumnuclear material imposed by the measurements of the Faraday rotation.

研究の動機と目的

• Sgr A* の変動的で低輝度の放射を、低角運動量降着流モデルによって説明すること。
• Sgr A* における冷たい降着円盤の直接的証拠の欠如に応えるために、円盤形成を回避する流れを提案すること。
• X線および電波スペクトルの観測と降着物理学を調和させつつ、ファラデー回転からの厳しい制約を満たすこと。
• 非熱的電子集団が観測された放射スペクトルの形をどのように決定するかを調査すること。
• 一般相対性理論的効果および動的変動性がスペクトルおよび偏光シグネチャに与える影響を評価すること。

提案手法

• 衝撃形成および半径方向速度プロファイルを含む、低角運動量流れの力学の解析的・数値的解法を用いる。
• シンチレーション、ブレムストラールーニング、コンプトン散乱過程をモデル化するためのモンテカルロコードを用いて放射スペクトルをシミュレートする。
• 観測限界（Marrone et al. (2006) より）と比較するため、観測方向に依存するファラデー回転測度を計算する。
• ケラースペーシタイムにおける光子経路を統合して、脱出確率を推定し、一般相対性理論的効果が発光度およびスペクトルに与える影響を評価する。
• 時間分解能を向上させたMHDシミュレーションを実施し、17分間隔のQPOに類似した高速変動を捉える。
• モデル予測を多波長観測と比較する。特に、全波長スペクトルおよび偏光角の変動に注目する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低角運動量降着流は、Sgr A* の観測された全波長スペクトルを再現できるか？
• RQ2 本モデルは、ファラデー回転測度に関する厳しい観測的制約と整合性を保っているか？
• RQ3 一般相対性理論的効果は、流れ内での光子の脱出確率および発光度にどのように影響を与えるか？
• RQ4 標準的な降着円盤を必要とせず、自然に観測された高速変動（例：17分間隔）を再現できるか？
• RQ5 非熱的電子集団は、観測された輝度およびスペクトル形状に適合するために果たす役割は何か？

主な発見

• 低角運動量降着流モデルは、内側安定軌道近くの角運動量障壁により、自然な変動パターンを生じる。
• わずかな割合のエネルギーが非熱的電子集団に変換される場合、本モデルはSgr A* の観測された全波長スペクトルを再現する。
• 観測方向の範囲において、本モデルの予測するファラデー回転測度は、Marrone et al. (2006) の観測限界と整合性を保つ。
• 一般相対性理論的効果は、特に衝撃を伴う流れ構成において、光子の脱出確率を顕著に変化させる。これは、スペクトルモデリングに一般相対性理論を組み込む必要があることを示唆する。
• 新規のMHDシミュレーションにより、約17分間隔の高速変動が流れの動的進化において自然に再現可能であることが示された。
• 衝撃を伴う流れでは、明示的な衝撃放射がなくても、滑らかな流れよりも発光度が高くなる。これは、スペクトルモデリングにおいて動的構造の重要性を強調する。