[论文解读] Anisotropic illumination of AGN's accretion disk by a non thermal source : I General theory and application to the Newtonian geometry

G. Henri, Pelletier, G.|arXiv (Cornell University)|May 29, 1997

Astrophysical Phenomena and Observations被引用 12

一句话总结

本文提出一种模型，其中活动星系核（AGN）的吸积盘被位于盘面上方的非热、高温点源发出的硬辐射非对称照亮——该点源可能为喷流中止时产生的激波——其中超相对论性轻子通过逆康普顿散射将盘面光子上散射。该模型在牛顿几何中推导出自洽的辐射角分布与径向温度分布，提供了一种替代标准盘面辐射律的方案，可预测高能谱和比例定律。

ABSTRACT

We present a model of accretion disk where the disk luminosity is entirely due to the reprocessing of hard radiation impinging on the disk. The hard radiation itself is emitted by a hot point source above the disk, that could be physically realized by a strong shock terminating an aborted jet. This hot source contains ultrarelativistic leptons scattering the disk soft photons by Inverse Compton (IC) process. Using a simple formula to describe the IC process in an anisotropic photon field, we derive a self-consistent angular distribution of soft and hard radiation in the Newtonian geometry. The radial profile of the disk effective temperature is also univoquely determined. The high energy spectrum can be calculated for a given lepton distribution. This offers an alternative picture to the standard accretion disk emission law. We discuss the application of this model to Active Galactic Nuclei, either for reproducing individual spectra, or for predicting new scaling laws that fit better the observed statistical properties.

研究动机与目标

• 开发一种自洽的AGN吸积盘照明模型，其驱动力为来自盘面上方局部热源的非热辐射。
• 在非对称照明条件下，描述牛顿几何中软辐射与硬辐射的角分布。
• 基于非对称硬辐射的再处理，推导吸积盘的径向有效温度分布。
• 通过在非热环境中建模逆康普顿散射，提供一种替代标准吸积盘辐射律的方案。
• 实现对高能谱和比例定律的预测，使其更符合AGN观测到的统计特性。

提出的方法

• 将硬辐射源建模为位于吸积盘上方的点状、高温发射体，代表喷流中止时的激波。
• 使用简化的公式描述在非对称光子场中的逆康普顿散射，考虑相对论性束射效应与角度依赖性。
• 利用推导出的IC辐射公式，在牛顿几何中求解软辐射与硬辐射场的角分布。
• 通过在盘面表面积分再处理辐射，计算盘面有效温度的径向分布。
• 对于给定源中电子能量分布，计算高能谱，假设电子注入为各向同性或非对称。
• 将模型应用于AGN，通过将预测谱与比例定律与观测数据进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 非热源的非对称照明如何影响AGN吸积盘中辐射的角分布？
• RQ2 当盘面在牛顿几何中再处理来自局部非热源的硬辐射时，其径向温度分布如何？
• RQ3 该模型能否在不依赖标准盘面辐射律的情况下重现AGN观测到的高能谱？
• RQ4 该模型预测的光度与谱形比例定律为何？与观测结果相比如何？
• RQ5 照明源的几何构型与非对称性如何影响观测到的盘面发射特性？

主要发现

• 该模型在牛顿几何中产生软辐射与硬辐射场的自洽角分布，考虑了来自点源的非对称照明。
• 吸积盘的径向有效温度分布由非对称硬辐射的再处理唯一确定，表现出盘面上非均匀的温度分布。
• 对于给定源中电子能量分布，可计算高能谱，为谱拟合提供预测框架。
• 该模型提供了一种替代标准吸积盘辐射律的方案，尤其适用于非热过程主导主发射的场景。
• 该模型预测了新的AGN比例定律，其与观测到的统计特性匹配程度优于传统模型。
• 该框架适用于单个AGN谱，可实现与观测的直接比较，并可能识别照明源的物理起源。