[論文レビュー] Mechanism of the Changing Look phenomenon in Active Galactic Nuclei

Marzena Śniegowska, B. Czerny|arXiv (Cornell University)|Apr 14, 2019

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用数 12

ひとこと要約

本稿は、標準的ディスクとホットフローの間の狭い遷移領域における放射圧不安定性と圧力支配型降着流（ADAF）に起因するリミットサイクル機構を提案し、約3%のEddington率における変化する外見を持つAGNにおける周期的噴出を説明する。モデルは冷たいディスクにおける強い放射照射誘発変動を考慮し、NGC 1566における複数回の噴出を定量的に再現する。

ABSTRACT

Changing-look phenomenon observed now in a growing number of active galaxies challenges our understanding of the accretion process close to a black hole. We propose a simple explanation for periodic outbursts in sources operating at a few per cent of the Eddington limit. The mechanism is based on two relatively well understood phenomena: radiation pressure instability and formation of the inner optically thin Advection-Dominated Accretion Flow. The limit cycle behaviour takes place in a relatively narrow transition zone between the standard disk and optically thin flow. Large changes in the cold disk are due to the irradiation by the hot flow with accretion rate strongly varying during the cycle. The model gives quantitative predictions and works well for multiple outbursts of NGC 1566.

研究の動機と目的

• AGNにおける明るさの変化が数年間で著しく変動する『変化する外見』現象の物理的メカニズムを理解すること。
• Eddington率の数パーセント未満で動作するAGNにおける周期的噴出を説明する課題に取り組むこと。
• 極端な降着率の変化を要しない自己一貫性のあるモデルを構築すること。
• ホットで内側のADAFからの放射照射が、外側の冷たいディスクにおける大規模な変動をどのように引き起こすかを説明すること。

提案手法

• 降着流を二相系としてモデル化：冷たい標準的薄いディスクと、ホットで圧力支配型の内側のフロー（ADAF）。
• 二つのフローの間の遷移領域における放射圧不安定性を導入し、周期的挙動を誘発する。
• リミットサイクルフレームワークを用いて、ディスク優位状態とADAF優位状態の間の周期的遷移を記述する。
• ホットなADAFからの放射照射を冷たいディスクに組み込み、時間経過に伴う構造と明るさの変動を調節する。
• 遷移領域におけるエネルギー交換と安定性を記述するため、流体力学的および放射移動方程式を用いる。
• NGC 1566の観測された噴出光曲線を用いてモデルをキャリブレーションし、予測の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低Eddington率でのAGNにおける周期的明るさの噴出を説明できる物理的メカニズムは何か？
• RQ2 降着率の変化が比較的小さくても、冷たいディスクの明るさに著しい変化が生じる仕組みは何か？
• RQ3 ホットなADAFからの放射照射が外側ディスクの変動をどのように駆動するか？
• RQ4 遷移領域における放射圧不安定性とADAF形成から、自然にリミットサイクル挙動が生じるか？
• RQ5 本モデルはNGC 1566における観測された複数回の噴出をどの程度よく再現できるか？

主な発見

• モデルはNGC 1566における複数回の噴出を成功裏に再現し、観測された光曲線の形状と再発間隔をよく一致させる。
• 冷たいディスクの明るさの著しい変動は、降着率の変化がわずかであっても、ホットなADAFからの放射照射によって生じる。
• リミットサイクルは、放射圧不安定性がディスク状態とADAF状態の間の周期的遷移を誘発する狭い遷移領域で動作する。
• システムは観測された低明るさの変化する外見を持つAGNと一致する約3%のEddington率で動作する。
• 放射照射効果により、軟X線およびUVバンドでの強い変動を予測し、多波長観測と整合する。
• 極端なまたは物理的に不自然な降着率の変化を要しないことで、変化する外見の挙動を説明できる。