[论文解读] Mechanism of the Changing Look phenomenon in Active Galactic Nuclei

Marzena Śniegowska, B. Czerny|arXiv (Cornell University)|Apr 14, 2019

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用 12

一句话总结

该论文提出了一种由辐射压不稳定性与自持吸积流（ADAF）驱动的极限环机制，其作用区域位于标准吸积盘与热流之间的狭窄过渡区，解释了在约爱丁顿极限3%的低爱丁顿率下，变脸类AGN中周期性喷发现象。该模型通过冷盘中强烈的辐射照射诱导的变异性，定量再现了NGC 1566中的多次喷发。

ABSTRACT

Changing-look phenomenon observed now in a growing number of active galaxies challenges our understanding of the accretion process close to a black hole. We propose a simple explanation for periodic outbursts in sources operating at a few per cent of the Eddington limit. The mechanism is based on two relatively well understood phenomena: radiation pressure instability and formation of the inner optically thin Advection-Dominated Accretion Flow. The limit cycle behaviour takes place in a relatively narrow transition zone between the standard disk and optically thin flow. Large changes in the cold disk are due to the irradiation by the hot flow with accretion rate strongly varying during the cycle. The model gives quantitative predictions and works well for multiple outbursts of NGC 1566.

研究动机与目标

• 理解AGN中变脸现象背后的物理机制，其光度在数年内发生剧烈变化。
• 解决在仅处于爱丁顿极限百分之几的低爱丁顿率下解释AGN周期性喷发的挑战。
• 构建一个自洽的模型，解释大范围光度变化，而无需依赖极端的吸积率变化。
• 解释来自热内层ADAF的辐射照射如何驱动外层冷盘的大尺度变异性。

提出的方法

• 将吸积流建模为双相系统：冷的、标准的薄盘与热的、自持主导的内流（ADAF）。
• 在两种流之间的过渡区引入辐射压不稳定性，以触发周期性行为。
• 使用极限环框架描述盘主导态与ADAF主导态之间的周期性转换。
• 将来自热ADAF的辐射照射引入冷盘，调节其结构与光度随时间的变化。
• 应用流体动力学与辐射转移方程，描述过渡区内的能量交换与稳定性。
• 利用NGC 1566的观测喷发光变曲线校准模型，以验证预测结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 何种物理机制可解释在低爱丁顿吸积率下AGN中周期性光度喷发？
• RQ2 为何冷盘光度的剧烈变化可由吸积率的相对微小变化引起？
• RQ3 来自热ADAF的辐射照射在驱动外盘变异性中扮演何种角色？
• RQ4 辐射压不稳定性与过渡区中ADAF形成是否能自然地引发极限环行为？
• RQ5 该模型在多大程度上能再现NGC 1566中观测到的多期次喷发？

主要发现

• 该模型成功再现了NGC 1566中的多次喷发，光变曲线形状与重现周期均与观测一致。
• 即使吸积率仅发生中等程度变化，冷盘中的大光度变化也源于热ADAF的辐射照射。
• 极限环在狭窄的过渡区中运行，辐射压不稳定性触发盘与ADAF状态之间的周期性转换。
• 该系统运行在约爱丁顿极限3%的水平，与低光度变脸类AGN的观测结果一致。
• 该模型预测软X射线与紫外波段出现强烈变异性，与多波段观测结果相符。
• 该机制在无需极端或非物理解释的吸积率变化前提下，解释了变脸行为。