[論文レビュー] Nucleosynthesis in accretion flows around Black Holes

Banibrata Mukhopadhyay, Sandip K. Chakrabarti|arXiv (Cornell University)|Dec 31, 1999

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 2被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、ブラックホール周囲の非ケプラーモードで高温・粘性のある降着流における核合成を調査し、低粘性・低降着率の流れが高温・高密度の状態を長期間維持できるため、顕著な核反応が進行することを示している。主な結果として、255種類の核反応ネットワークを用いた組成変化の測定、陽子捕獲反応および光分解反応に起因するエネルギー生成、不安定性およびニュートリノ放出の可能性が得られ、これが銀河の金属量に寄与する可能性や、内側降着流のダイナミクスに影響を与える可能性を示唆している。

ABSTRACT

Significant nucleosynthesis is possible in the centrifugal pressure-supported dense and hot region of the accretion flows which deviate from Keplerian disks around black holes. We compute composition changes and energy generations due to such nuclear processes. We use a network containing 255 species and follow the changes in composition. Highly viscous, high-accretion-rate flows deviate from a Keplerian disk very close to the black hole and the temperature of the flow is very small due to Compton cooling. No significant nucleosynthesis takes place in these cases. Low-viscosity and lower-accretion-rate hot flows deviate farther out and significant changes in composition are possible in these cases. We suggest that such changes in composition could be contributing to the metallicities of the galaxies. Moreover, the radial variation of the energy generation/absorption specifically due to proton capture and photo-dissociation reactions could cause instabilities in the inner regions of the accretion flows. For most of these cases sonic point oscillations may take place. We discuss the possibility of neutrino emissions.

研究の動機と目的

• ブラックホール周囲の高密度・高温・非ケプラーモードの降着流で核合成が進行するかどうかを調査すること。
• 特に粘性と降着率との関係において、顕著な核反応が進行する条件を特定すること。
• このようなプロセスが銀河の金属量に果たす寄与の可能性を評価すること。
• 陽子捕獲反応および光分解反応に起因するエネルギー生成／吸収が、内側降着流における不安定性を引き起こす役割を調査すること。
• これらの核反応から生じるニュートリノ放出の可能性を評価すること。

提案手法

• 255種類の核反応ネットワークを用いて、降着流内の組成変化を追跡する。
• 降着流モデルは、一般相対性理論的で粘性のある流体力学フレームワークに基づき、ケプラーディスクとは逸脱する。
• 温度および密度プロファイルは、主に遠心力圧支持領域における流れの径方向構造から計算される。
• エネルギー生成および吸収率は、陽子捕獲反応および光分解反応から算出される。
• 核エネルギー放出によって引き起こされる不安定性メカニズムとして、音速点の振動を分析する。
• 高温の流れにおけるエネルギー散逸および反応率に基づき、ニュートリノ放出を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブラックホール降着流において、どのような条件下で顕著な核合成が進行するか。
• RQ2 粘性および降着率は、流れ内の核反応処理の程度にどのように影響を与えるか。
• RQ3 このような核反応プロセスが、観測された銀河の金属量にどの程度寄与するか。
• RQ4 陽子捕獲反応および光分解反応に起因するエネルギー放出が、内側降着流における不安定性を誘発できるか。
• RQ5 これらの核反応から生じる検出可能なニュートリノ放出の可能性はどの程度か。

主な発見

• 顕著な核合成は、低粘性・低降着率の流れに限られ、その場合、ブラックホールから遠く離れた領域まで高温・高密度の状態が維持される。
• 高粘性・高降着率の流れでは、コンプトン冷却により効率的に冷却され、低温となるため、核反応が抑制される。
• 陽子捕獲および光分解反応に起因するエネルギー生成の径方向変化が、内側流れにおける音速点の振動を駆動する可能性がある。
• 核反応に起因するエネルギー放出が、特に内側領域において降着流の不安定性を誘発する可能性がある。
• ニュートリノ放出は、核エネルギー生成の妥当な副産物であるが、その検出可能性についてはまだ推測の域を出ない。
• 観測された組成変化は、このようなプロセスが銀河の金属量に寄与する可能性を示唆している。