[논문 리뷰] Mechanism of the Changing Look phenomenon in Active Galactic Nuclei

Marzena Śniegowska, B. Czerny|arXiv (Cornell University)|2019. 04. 14.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 1인용 수 12

한 줄 요약

논문은 표준 디스크와 뜨거운 유량 사이의 좁은 전이 영역에서 복사압 불안정성과 순응유량형 적률류(ADAF)에 의해 구동되는 한계 사이클 메커니즘을 제안하며, Eddington 한계의 약 3% 수준에서 변화하는 룩 AGN에서 주기적인 폭발을 설명한다. 이 모델은 냉각 디스크에서 강한 조명 유도 변동성을 통해 NGC 1566에서 다수의 폭발을 정량적으로 재현한다.

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.

연구 동기 및 목표

• AGN에서 빛의 세기가 수년에 걸쳐 크게 변하는 변화하는 룩 현상의 물리적 메커니즘을 이해한다.
• Eddington 한계의 몇 퍼센트 밖에 되지 않는 수준에서 작동하는 AGN에서 주기적인 폭발을 설명하는 데 도전한다.
• 극도로 높은 적률 변화 없이도 큰 빛의 세기 변화를 설명할 수 있는 자기 일관성 있는 모델을 개발한다.
• 뜨거운 내부 ADAF에서 오는 조명이 외부 냉각 디스크의 대규모 변동성을 어떻게 유도하는지 설명한다.

제안 방법

• 유량을 두 단계 시스템으로 모델링한다: 냉각된 표준 얇은 디스크와 뜨거운 순응유량형 내부 유량(ADAF).
• 두 유량 사이의 전이 영역에서 복사압 불안정성을 도입하여 주기적 행동을 유도한다.
• 한계 사이클 프레임워크를 사용하여 디스크 지배 상태와 ADAF 지배 상태 사이의 주기적 전환을 기술한다.
• 뜨거운 ADAF에서 냉각 디스크로의 조명을 통합하여, 시간에 따라 그 구조와 빛의 세기를 조절한다.
• 에너지 교환과 전이 영역의 안정성에 대해 유체역학 및 복사 전달 방정식을 적용한다.
• 관측된 NGC 1566의 폭발 빛의 곡선을 사용하여 모델을 校정하고 예측을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 낮은 Eddington 적률에서 AGN에서 주기적인 빛의 세기 폭발을 설명할 수 있는 물리적 메커니즘은 무엇인가?
• RQ2 적률의 변화가 상대적으로 작을 때 냉각 디스크의 빛의 세기 변화가 어떻게 크게 발생할 수 있는가?
• RQ3 뜨거운 ADAF에서 오는 조명이 외부 디스크의 변동성에 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 전이 영역에서 복사압 불안정성과 ADAF 형성이 주기적인 한계 사이클 행동을 자연스럽게 유도할 수 있는가?
• RQ5 이 모델은 NGC 1566에서 관측된 다수의 폭발을 얼마나 잘 재현할 수 있는가?

주요 결과

• 모델은 NGC 1566에서 다수의 폭발을 성공적으로 재현하여 관측된 빛의 곡선 형태와 반복 주기와 일치한다.
• 냉각 디스크의 큰 빛의 세기 변화는 적률의 변화가 상대적으로 작을 때조차도 뜨거운 ADAF의 조명으로 인해 발생한다.
• 한계 사이클은 복사압 불안정성이 디스크 상태와 ADAF 상태 사이의 주기적 전환을 유도하는 좁은 전이 영역에서 작동한다.
• 시스템은 관측된 저광도 변화하는 룩 AGN와 일치하는 약 3%의 Eddington 한계에서 작동한다.
• 조명 효과로 인해 연한 X선 및 자외선 대역에서 강한 변동성이 예측되며, 이는 다파장 관측과 일치한다.
• 극도로 높거나 비물리적인 적률 변화가 필요 없이도 이 메커니즘이 변화하는 룩 행동을 설명할 수 있다.