[논문 리뷰] On Black Hole Spins and Dichotomy of Quasars

R. Moderski, M. Sikora외 1명|ArXiv.org|1997. 06. 26.

Pulsars and Gravitational Waves Research참고 문헌 1인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 활성은하핵의 초거대 블랙홀 스핀 진화를 조사하여 관측된 전파-강한/전파-약한 이분화 현상을 설명한다. 블랜드포드-즈나예크 메커니즘과 적축에 의한 스핀 증가를 사용하여, 낮은 스핀 블랙홀을 생성할 수 있는 것은 무작위 각운동량을 가진 불규칙한 적축 외에 없음을 보여주며, 적축 역사를 고려할 경우 스핀 원리가 활성은하핵의 이분화 현상에 타당한 설명이 될 수 있음을 지지한다.

ABSTRACT

Most quasars are known to be radio quiet and according to the ``spin paradigm'', which connects their radio-loudness with the value of the black hole spin, they must harbor very slowly rotating black holes. On the other hand, quasars are powered by accretion which tends to increase the spin of the black hole. We show that the Blandford-Znajek mechanism is not efficient enough to counteract the spinning up of black holes by an accretion disk, regardless of the accretion rate. We establish conditions under which it is possible to obtain low values of the black hole spin, in the scenario involving a sequence of many accretion events with random angular momenta. Our results are used to select possible evolutionary scenarios which can explain radio bimodality of quasars in terms of the ``spin paradigm''.

연구 동기 및 목표

• 전파-약한 활성은하핵에서 낮은 블랙홀 스핀을 예측하는 스핀 원리와 적축에 의한 스핀 증가 사이의 갈등을 해결하기 위해.
• 블랜드포드-즈나예크 메커니즘이 블랙홀 스핀 증가를 효과적으로 상쇄시킬 수 있는지 확인하기 위해.
• 무작위 각운동량을 가진 연속적인 적축 사건을 통해 낮은 블랙홀 스핀을 달성할 수 있는 조건을 규명하기 위해.
• 관측된 활성은하핵의 전파 이분화 현상과 일치하는 진화 시나리오를 평가하기 위해.
• 적축 역사를 고려할 때 스핀 원리가 전파-강한 및 전파-약한 활성은하핵 간의 이분화 현상을 설명하는 데 얼마나 타당한지 평가하기 위해.

제안 방법

• 블랜드포드-즈나예크 메커니즘을 주요 스핀 감소 메커니즘으로 사용하여 블랙홀 스핀 진화를 모델링하기 위해.
• 다양한 적축률과 블랙홀 스핀 값에서 블랜드포드-즈나예크 과정의 효율성을 분석하기 위해.
• 무작위 각운동량을 가진 연속적인 적축 사건을 시뮬레이션하여 순수 스핀 진화를 평가하기 위해.
• 적축에 의한 스핀 증가와 제트 추출에 의한 스핀 감소를 분석적 추정을 통해 사용하여 낮은 최종 스핀을 달성할 조건을 유도하기 위해.
• 특히 무작위 각운동량 입력을 고려할 때, 적축 역사가 최종 블랙홀 스핀을 결정하는 데 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 이론적 스핀 진화를 활성은하핵의 전파 성질에 대한 관측 제약 조건과 비교하여 스핀 원리와의 일관성을 시험하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 블랜드포드-즈나예크 메커니즘이 적축에 의한 블랙홀 스핀 증가를 충분히 상쇄시켜 전파-약한 활성은하핵에서 낮은 스핀 블랙홀을 생성할 수 있는가?
• RQ2 무작위 각운동량을 가진 불규칙한 적축이 어떤 조건에서 낮은 블랙홀 스핀 값을 초래할 수 있는가?
• RQ3 적축 역사를 고려할 때 스핀 원리는 관측된 활성은하핵의 전파 이분화 현상과 일치하는가?
• RQ4 적축률이 블랜드포드-즈나예크 메커니즘에 의한 스핀 감소 효율성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 어떤 적축 사건의 진화적 순서가 관측된 전파-강한 및 전파-약한 활성은하핵 간의 이분화 현상을 재현할 수 있는가?

주요 결과

• 블랜드포드-즈나예크 메커니즘은 적축률에 관계없이 블랙홀 스핀 증가를 효과적으로 상쇄시킬 수 없다.
• 무작위 각운동량을 가진 연속적인 적축 사건을 통해만 낮은 블랙홀 스핀 값이 달성되며, 이는 순수 스핀 억제를 초래한다.
• 스핀 원리는 적축 역사에 무작위 각운동량 입력이 포함될 경우에만 활성은하핵의 전파 이분화 현상을 설명할 수 있다.
• 최종 블랙홀 스핀은 총 적축 질량 외에도 흡수된 물질의 통계적 성질에 의해 결정되며, 이는 매우 중요하다.
• 무작위 각운동량을 가진 다수의 적축 이벤트를 포함하는 진화 시나리오는 전파-약한 활성은하핵에서 관측된 낮은 스핀을 생성하는 데 필수적이다.
• 이 논문은 스핀 원리가 특정한 비균일한 적축 역사를 가진 경우에만 활성은하핵의 이분화 현상을 설명하는 데 타당하다는 것을 입증한다.