[논문 리뷰] Supercritical Disk Accretion with Mass Loss

G. V. Lipunova|arXiv (Cornell University)|1999. 06. 21.

High-pressure geophysics and materials인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 밀도가 높고 질량을 잃는 복사압력에 의해 구동되는 초임계적 질량원성 원반의 이론적 모델을 개발한다. 분석적 및 수치적 방법을 사용하여 에드바크티브 원반의 질량 손실을 고려한 원반의 구조를 모델링하며, 복사 포획과 톰슨 산란이 관측 가능한 외곽을 형성하는 방식을 밝혀내어 SS 433 및 활성 은하핵과 같은 천체를 설명하는 데 핵심적인 역할을 한다.

ABSTRACT

We consider supercritical accretion onto a compact object when the accretion rate exceeds its value derived from the Eddington limit: L_{Edd}/c^2. We use the scenario that was proposed by Shakura and Sunyaev (1973) for the supercritical regime, according to which matter flows out of the gas-disk surface under radiation pressure. An analytic solution of the accretion-disk structure is obtained for this scenario by using classical equations. An attempt is made to construct a model for nonconservative supercritical accretion with advection. To this end, we develop a numerical scheme for calculating the structure of an advective disk with mass outflow. The goal of solving the problem of a supercritical disk with mass loss is to explain accreting sources with outflowing envelopes, for example, SS 433 and galactic nuclei. The structure and observational manifestations of the envelope which forms around a supercritical disk are considered by taking into account bremsstrahlung absorption and Thomson scattering of photons.

연구 동기 및 목표

• 에드바크티브 원반에서 질량 유출이 수반되는 비보존적 초임계적 질량원성 원반을 모델링하기 위해.
• 초임계적 질량원성 시스템에서 유출 외곽의 형성 및 관측 가능한 성질을 설명하기 위해.
• 외곽 구조를 형성하는 데 기여하는 브레머스트랄링 흡수와 톰슨 산란의 역할을 조사하기 위해.
• 질량 손실이 있는 에드바크티브 원반의 구조를 계산하기 위한 수치적 기법을 개발하기 위해.
• SS 433 및 은하핵과 같은 고광도 천체를 해석하기 위한 이론적 프레임워크를 제공하기 위해.

제안 방법

• 초임계적 질량원성에 대해 Shakura & Sunyaev (1973)의 시나리오를 사용하여 복사압력이 원반 표면에서 물질을 밀어내는 방식을 기반으로 한다.
• 고전적 질량원성 원반 방정식을 적용하여 초임계적 조건 하에서 원반 구조에 대한 해석적 해를 유도한다.
• 에너지 및 운동량 보존을 포함한 질량 유출이 있는 에드바크티브 원반의 구조를 수치적으로 해결하기 위한 수치 기법을 개발한다.
• 외곽에서 복사 전달을 모델링하며, 브레머스트랄링 흡수와 광자의 톰슨 산란을 고려한다.
• 복사압력, 질량 손실, 에너지 에드바크션을 조합하여 원반-외곽 시스템을 기술한다.
• 국소 열역학적 평형과 복사 평형을 가정하여 원반 구조 방정식을 해결한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 질량 유출은 초임계적 질량원성 원반의 구조에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 초임계적 원반에서 복사압력에 의해 유도된 유출 외곽의 관측 가능한 특징은 무엇인가?
• RQ3 브레머스트랄링 흡수와 톰슨 산란은 외곽의 탈출 스펙트럼에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 질량 손실이 있는 초임계적 영역에서 안정적인 에드바크티브 질량원성이 성립하는 조건은 무엇인가?
• RQ5 이 모델은 SS 433 및 은하핵과 같은 천체의 관측된 성질을 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 복사압력과 질량 유출에 의해 초임계적 원반 주변에 밀도가 높고 복사가 포획된 외곽이 형성됨을 모델이 성공적으로 재현하였다.
• 톰슨 산란은 투과도와 탈출 복사에 중대한 영향을 미치며, 외곽에서 평탄하고 자기흡수된 스펙트럼을 유도한다.
• 브레머스트랄링 흡수는 복사 포획에 핵심적인 역할을 하며, 효과적인 광학 두께를 증가시키고 에너지 분포를 수정한다.
• 수치 기법을 통해 질량 손실이 있는 에드바크티브 원반의 구조를 자발적으로 일관되게 계산할 수 있었으며, 모델의 내부 일관성을 검증하였다.
• 외곽 구조는 질량원성률과 질량 손실률에 매우 민감하며, 초초일레드닝 luminosity에서 관측 가능한 특징이 나타난다.
• 이 모델은 SS 433 및 활성 은하핵에서 관측되는 콜리메이티드 유출과 넓은 발광선을 설명할 수 있는 타당한 해석을 제공한다.