[논문 리뷰] Vertical structure of the accreting two-temperature corona and the transition to an ADAF

A. Różáńska, B. Czerny|arXiv (Cornell University)|2000. 04. 12.

Astrophysical Phenomena and Observations인용 수 14

한 줄 요약

이 논문은 냉각 디스크 위에 있는 두 온도의 응집성 코로나에 대해 자성 일관성 모델을 제시한다. 여기서 복사와 열전도에 의한 에너지 교환은 증발/ condensation을 이끈다. 저서적 흡착률에서는 코로나가 중심 쪽으로 확장되어 뜨거운 ADAF 유량으로의 전이를 유도하는 반면, 중간 흡착률에서는 응축이 두 번째 디스크를 재건할 수 있다. 전이 반경은 $ r_{\text{tr}} = 4.51\dot{m}^{-4/3}\alpha_{0.1}^{7}R_{\text{Schw}} $로 스케일되며, 임계 $ \dot{m} $ 이상에서 안정 궤도로의 불연속적 붕괴가 발생한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 두 온도의 흡착 코로나의 수직 구조를 냉각 디스크와 결합하여 모델링하고, 복사 및 열전도에 의한 에너지 교환을 고려한다.
• 흡착 유량이 두 상(디스크+코로나)에서 단일 상의 뜨거운 ADAF 흡착으로 전이되는 조건을 규명한다.
• 추가적인 가정 없이 관측된 블랙홀 시스템(예: GBH, AGN)의 스펙트럼 상태를 흡착 유량의 물리적 전이와 연결하여 설명한다.
• 총 흡착률 $ \dot{m} $ 및 점성 $ \alpha $ 를 함수로 하는 코로나 내 에너지 소산의 반경 의존성과 전이 반경 $ r_{\text{tr}} $ 을 유도한다.

제안 방법

• 모델은 냉각된 기하학적으로 얇은 디스크와 뜨거운, 광학적으로 투명한 코로나로 구성된 이상적 흡착 유량을 사용하며, 두 유형은 압력 평형 상태에 있다. 둘 다 흡착에 의해 구동된다.
• 에너지 교환은 복사 냉각, 콤프턴 가열 및 열전도를 통해 모델링되며, 수직 구조는 가열, 냉각 및 열전도 유량의 균형에 의해 결정된다.
• 디스크-코로나 인터페이스에서의 증발/응축 속도는 수직 에너지 균형 방정식을 적분하여 유도되며, 필드 길이 근사법을 사용해 전이 영역을 통합한다.
• 전이 반경 $ r_{\text{tr}} $ 는 코로나가 지배하고 디스크가 증발하는 반경을 푸는 방식으로 계산되며, 질량 교환을 포함한 자성 일관성 해법을 사용한다.
• 모델은 표준 $ \alpha $-점성 규정을 사용하며, 코로나가 디스크를 통해 비열 또는 전도 메커니즘으로 전달된 흡착 에너지에 의해 가열된다고 가정한다.
• 흡착 유량의 안정성 곡선을 분석하여 다양한 복사 상태에 해당하는 분지, 특히 증발로 인해 임계 흡착률에서 새로운 수평 분지가 나타나는 것을 확인한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 에너지 교환이 디스크와의 상호작용을 포함할 때, 두 온도의 흡착 코로나 내 에너지 소산의 반경 분포는 무엇에 의해 결정되는가?
• RQ2 냉각 디스크가 완전히 ADAF로 전이되기 위한 조건은 무엇이며, 이 전이가 총 흡착률 $ \dot{m} $ 과 점성 $ \alpha $ 에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ3 상호작용에 의한 질량 교환을 포함할 경우, 정적 모델과 비교해 흡착 유량의 반경 구조와 안정성은 어떻게 변화하는가?
• RQ4 관측된 복사 상태(예: 매우 높은 상태, 중간 상태)를 추가적인 가정 없이 설명하는 물리적 메커니즘은 무엇인가?
• RQ5 두 상과 단일 상 흡착 유량 사이의 전이 반경 $ r_{\text{tr}} $ 은 어디에 위치하며, 이는 $ \dot{m} $ 과 $ \alpha $ 와 어떻게 스케일되는가?

주요 결과

• 임계 흡착률 이하에서 전이 반경 $ r_{\text{tr}} $ 는 $ 4.51\dot{m}^{-4/3}\alpha_{0.1}^{7}R_{\text{Schw}} $ 로 주어지며, 이 이상에서는 불연속적으로 안정 궤도로 수축한다.
• 낮은 총 흡착률에서는 코로나가 중심 쪽으로 강화되어 디스크가 완전히 증발하고 뜨거운 ADAF 흡착으로의 전이가 발생한다.
• 중간 흡착률에서는 응축이 두드러지게 되어 내부 영역에서 두 번째 냉각 디스크 재건이 가능해진다.
• 고속 흡착률에서는 ADAF로의 전이가 방지되어 냉각 디스크가 안정 궤도까지 유지된다.
• 모델은 임계 흡착률에서 새로운 거의 수평 분지를 안정성 곡선에 생성하여 GBH의 약한 변동성의 높은 상태와 AGN에서 이러한 상태가 관측되지 않는 것을 설명한다.
• 모델은 강한 반사와 일치하는 중간 상태를 설명하며, 추가적인 가정 없이 모든 주요 복사 상태를 재현한다.