[論文レビュー] Vertical structure of the accreting two-temperature corona and the transition to an ADAF

A. Różáńska, B. Czerny|arXiv (Cornell University)|Apr 12, 2000

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 14

ひとこと要約

本論文は、冷たいディスクの上に存在する二温度の降着コロナの自己整合的モデルを提示する。放射と伝導によるエネルギー交換が蒸発・凝縮を駆動する。低降着率ではコロナが内側に拡張し、ホットなADA Fフローへの遷移を引き起こすが、中程度の降着率では凝縮が二次的ディスクの再構築を可能にする。遷移半径は $ r_{\text{tr}} = 4.51\dot{m}^{-4/3}\alpha_{0.1}^{7}R_{\text{Schw}} $ に比例し、臨界 $ \dot{m} $ を超えると、滑らかでない形で安定軌道に崩壊する。

ABSTRACT

We investigate the model of the disc/corona accretion flow around the black hole. The model, parameterized by the total (i.e. disk plus corona) accretion rate, $\\dot m$, mass of the black hole, $M$ and the viscosity parameter, $\\alpha$, uniquely determines the fraction of energy released in the corona as a function of radius and, in particular, the transition radius to the single-phase ADAF flow. Self-consistent solutions with the mass exchange between phases display radial dependence of the parameters. This model reproduces all characteristic luminosity states of accretion black hole without any additional ad hoc assumptions. In particular. the mechanism of the disk evaporation leads to a new, almost horizontal branch on the accretion flow's stability curve (i.e. the dependence of accretion rate on surface density) at the critical accretion rate.

研究の動機と目的

• 二温度の降着コロナの垂直構造を、放射と伝導によるエネルギー交換を考慮してモデル化すること。
• 降着フローが二相（ディスク＋コロナ）から単一相のホットなADA Fフローへと遷移する条件を特定すること。
• 降着フロー内の物理的遷移と関連付けることで、便宜的な仮定を用いずに観測されたブラックホール系（例：GBH、AGN）のスペクトル状態を説明すること。
• 降着コロナ内のエネルギー散逸の半径依存性および遷移半径 $ r_{\text{tr}} $ を、全降着率 $ \dot{m} $ と粘性係数 $ \alpha $ の関数として導出すること。

提案手法

• モデルは、冷たい幾何的薄いディスクと、ホットで光学的に薄いコロナの二相降着フローを採用し、両者とも降着によって駆動される。圧力平衡を仮定する。
• 両相間のエネルギー交換は、放射冷却、コンプトン加熱、熱伝導によってモデル化され、垂直構造は加熱、冷却、伝導フラックスのバランスによって支配される。
• ディスク-コロナ界面における蒸発・凝縮速度は、垂直エネルギー収支方程式を積分し、フィールド長近似を用いて遷移領域を扱うことによって導出される。
• 遷移半径 $ r_{\text{tr}} $ は、コロナが支配的になりディスクが蒸発する半径を、質量交換を含む自己整合的解を用いて計算する。
• モデルは標準的な $ \alpha $-粘性係数の仮定を採用し、コロナがディスクから非熱的または伝導的メカニズムでエネルギーを輸送されることを仮定する。
• 降着フローの安定性曲線を解析し、蒸発に起因する臨界降着率における新たな水平分岐を特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 エネルギー交換がディスクと行われる二温度降着コロナにおいて、エネルギー散逸の半径分布はどのように決まるか？
• RQ2 冷たいディスクが完全にADA Fに遷移する条件は何か？その遷移は全降着率 $ \dot{m} $ と粘性係数 $ \alpha $ にどのように依存するか？
• RQ3 両相間の質量交換を組み込むことで、静的モデルと比較して降着フローの半径構造と安定性はどのように変化するか？
• RQ4 便宜的な仮定を用いずに、観測された輝度状態（例：非常に高輝度状態、中間状態）を説明する物理的メカニズムは何か？
• RQ5 二相フローと単一相フローの間の遷移半径 $ r_{\text{tr}} $ はどこに位置し、$ \dot{m} $ と $ \alpha $ にどのように依存するか？

主な発見

• 臨界降着率 $ \dot{m} < 6.9 \times 10^{-2}\alpha_{0.1}^{3.3} $ の場合、遷移半径 $ r_{\text{tr}} $ は $ 4.51\dot{m}^{-4/3}\alpha_{0.1}^{7}R_{\text{Schw}} $ で与えられ、この臨界降着率を超えると、滑らかでない形で安定軌道に収縮する。
• 全降着率が低い場合、コロナは中心に向かって強化され、ディスクが完全に蒸発しホットなADA Fフローへの遷移が起こる。
• 中程度の降着率では凝縮が顕著になり、内側領域に二次的冷たいディスクの再構築が可能になる。
• 高降着率ではADA Fへの遷移が阻止され、冷たいディスクが安定軌道まで保たれる。
• モデルは、臨界降着率における新たなほぼ水平な分岐を、降着フローの安定性曲線上に生成し、GBHにおける弱い変動を示す高輝度状態、およびAGNにおける同様の状態の欠如を説明する。
• 強いリフレクションを介した中間状態の説明が可能であり、便宜的な仮定を追加せず、すべての主要な輝度状態を再現する。