[논문 리뷰] The jet/disk symbiosis III. What the radio cores in GRS 1915+105, NGC 4258, M81, and Sgr A tell us about accreting black holes

H. Falcke, Peter L. Biermann|arXiv (Cornell University)|1998. 10. 15.

Astrophysical Phenomena and Observations인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 압력 구동형 자유 팽창 제트 모델을 제안하며, 자유 매개변수를 최소화하고 등분배 가정을 사용하여 GRS 1915+105, NGC 4258, M81, 그리고 Sgr A*의 네 개의 블랙홀 시스템의 전파 핵을 설명한다. 모델은 제트의 강도만을 스케일링하여 제트의 강도, 크기, 속도, 시간 지연을 성공적으로 설명하며, 세 시스템에서 제트와 디스크의 발광도가 유사함을 보여주어 별질량 블랙홀과 초거대 블랙홀 모두에서 공통된 엔진 메커니즘을 지지한다.

ABSTRACT

We have derived simplified equations for a freely expanding, pressure driven jet model as a function of jet power and applied it successfully to the radio cores in the black hole candidates GRS 1915+105, NGC 4258, and M81 which are observationally well defined systems, and to Sgr A*. By using equipartition assumptions, the model has virtually no free parameters and can explain all sources by just scaling the jet power. In GRS 1915+105 it also naturally explains the jet velocity and the radio time delay. The jet powers we derive for the radio cores of the first three sources are comparable to their accretion disk luminosities, providing further evidence for the existence of symbiotic jet/disk systems and a common engine mechanism also in low-luminosity AGN and stellar mass black holes. With the exception of Sgr A* an advection dominated accretion flow (ADAF) does not seem to be necessary to explain any of the radio cores which span a large range in luminosity and size, as well as in black hole masses and accretion rate---from Eddington to extreme sub-Eddington. We suggest, however, that the jet model can be used to derive minimum accretion rates and thus find that Sgr A* seems to be truly radiatively deficient---even in a starved black hole model---and that a combination of jet and ADAF model may be one possible solution.

연구 동기 및 목표

• 다양한 질량과 낙착률을 가진 블랙홀 시스템에서 전파 핵의 물리적 기원을 이해하기 위해.
• 각 시스템에 대해 다른 낙착 유량 모델이 필요 없이 하나의 제트 모델이 관측된 전파 핵 성질을 설명할 수 있는지 테스트하기 위해.
• 저발광도 전파 핵을 설명하기 위해 열역학적 우세 낙착 유량(ADAF) 모델이 필수적인지 평가하기 위해.
• 특히 Sgr A*와 같은 침체 상태의 시스템에서 최소 낙착률을 제트 강도로부터 유도할 수 있는지 결정하기 위해.
• 별질량에서 초거대 블랙홀에 이르기까지 블랙홀 시스템에서 제트와 낙착 디스크 간의 상호작용 관계를 조사하기 위해.

제안 방법

• 제트 강도에 따라 함수화된 단순화된 자유 팽창 압력 구동 제트 모델을 개발한다.
• GRS 1915+105(별질량 블랙홀), NGC 4258(메가마이저 시스템), M81(저발광도 AGN), Sgr A*(은하 중심 초거대 블랙홀)의 네 시스템에 모델을 적용한다.
• 자기장 에너지와 운동 에너지 간의 등분배를 가정하여 자유 매개변수를 제거하고, 제트 강도 스케일링에 의존한다.
• 모델 예측을 관측된 전파 핵 크기, 발광도, 제트 속도, 시간 지연과 비교한다.
• 모델을 사용하여 제트 강도에서 최소 낙착률을 유도하고, 복사 효율을 평가한다.
• 관측 결과와 비교함으로써, 넓은 발광도 및 질량 범위에서 ADAF 모델의 필요성을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 매우 다른 질량과 낙착률을 가진 블랙홀 시스템의 전파 핵 성질을 하나의 최소 매개변수 제트 모델이 설명할 수 있는가?
• RQ2 이 시스템들에서 관측된 제트 강도가 낙착 디스크 발광도와 유사한가? 이는 제트/디스크 엔진의 상호작용을 시사하는가?
• RQ3 M81과 Sgr A*와 같은 저발광도 시스템의 전파 핵을 설명하기 위해 열역학적 우세 낙착 유량(ADAF) 모델이 필수적인가?
• RQ4 제트 모델을 통해 최소 낙착률를 유도할 수 있으며, 이는 Sgr A*의 복사 효율에 대해 어떤 의미를 갖는가?
• RQ5 GRS 1915+105에서 관측된 전파 시간 지연과 제트 속도가 제안된 제트 모델에 의해 자연스럽게 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 등분배 가정을 사용한 압력 구동 제트 모델은 자유 매개변수 없이 유일한 제트 강도 스케일링만으로 네 전파 핵을 모두 설명한다.
• GRS 1915+105, NGC 4258, M81에서 유도된 제트 강도는 각각의 낙착 디스크 발광도와 유사하며, 제트/디스크 엔진 메커니즘의 상호작용을 지지한다.
• 모델은 제트 강도의 일관된 스케일링을 통해 GRS 1915+105의 제트 속도와 전파 시간 지연을 자연스럽게 설명한다.
• M81과 NGC 4258의 저발광도 전파 핵을 설명하기 위해 ADAF 모델이 필요하지 않으며, 이는 낮은 발광도와 Eddington 이하 낙착률에도 불구하고 성립한다.
• Sgr A*는 진정한 복사 부족을 보이며, 심지어 가용성이 낮은 블랙홀 모델에서도 유도된 최소 낙착률는 관측된 제트 강도를 설명하기에 너무 낮다. 이는 제트와 ADAF 모델을 병합할 필요가 있음을 시사한다.
• 제트 모델은 블랙홀 시스템 전반에 걸쳐 최소 낙착률를 일관되게 유도할 수 있는 프레임워크를 제공하며, Sgr A*가 진정으로 복사 효율이 낮은 소스임을 부각시킨다.