[論文レビュー] On Black Hole Spins and Dichotomy of Quasars

R. Moderski, M. Sikora+1 more|ArXiv.org|Jun 26, 1997

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、クェเซアの観測された電波強/電波弱二重性を説明するため、クェเซア内の超大質量ブラックホールのスピン進化を調査する。Blandford-Znajek機構と降着駆動スピンアップを用いて、低スピンブラックホールを生成できるのは、ランダムな角運動量を持つ確率的降着のみであることを示し、降着歴を考慮した場合、スピン仮説がクェセア二重性の説明として妥当であることを支持する。

ABSTRACT

Most quasars are known to be radio quiet and according to the ``spin paradigm'', which connects their radio-loudness with the value of the black hole spin, they must harbor very slowly rotating black holes. On the other hand, quasars are powered by accretion which tends to increase the spin of the black hole. We show that the Blandford-Znajek mechanism is not efficient enough to counteract the spinning up of black holes by an accretion disk, regardless of the accretion rate. We establish conditions under which it is possible to obtain low values of the black hole spin, in the scenario involving a sequence of many accretion events with random angular momenta. Our results are used to select possible evolutionary scenarios which can explain radio bimodality of quasars in terms of the ``spin paradigm''.

研究の動機と目的

• 電波弱クェセアにおける低スピンブラックホールの予測と降着によるスピンアップ効果との間に生じる矛盾を解消すること。
• Blandford-Znajek機構が降着によるブラックホールスピンアップを効果的に相殺できるかどうかを特定すること。
• ランダムな角運動量を有する連続的な降着イベントによって、どのようにして低スピンブラックホールが達成されるかの条件を同定すること。
• 観測されたクェセアの電波二重性と整合する進化シナリオを評価すること。
• 降着歴が考慮された場合、スピン仮説が電波強/電波弱クェセアの二重性を説明する上で実現可能かどうかを評価すること。

提案手法

• Blandford-Znajek機構を主なスピンダウンメカニズムとして用いて、ブラックホールスピン進化をモデル化すること。
• さまざまな降着率およびブラックホールスピン値におけるBlandford-Znajekプロセスの効率を分析すること。
• ランダムな角運動量を有する連続的な降着イベントをシミュレートし、ネットスピン進化を評価すること。
• 降着によるスピンアップとジェット抽出によるスピンダウンの解析的推定値を用いて、低最終スピンを達成するための条件を導出すること。
• 特にランダムな角運動量の入力の下での、降着歴が最終ブラックホールスピンに与える影響を評価すること。
• 理論的スピン進化をクェセアの電波的性質に関する観測的制約と比較し、スピン仮説との整合性を検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Blandford-Znajek機構は、電波弱クェセアにおける低スピンブラックホールを生成するために、降着によるスピンアップを十分に相殺できるか？
• RQ2 どのような条件下で、ランダムな角運動量を有する確率的降着が低ブラックホールスピン値をもたらすか？
• RQ3 降着歴を考慮した場合、スピン仮説は観測されたクェセアの電波二重性と整合的か？
• RQ4 降着率は、Blandford-Znajek機構によるスピンダウン効率にどのように影響するか？
• RQ5 どのような降着イベントの進化的シーケンスが、電波強と電波弱クェセアの観測された二重性を再現できるか？

主な発見

• Blandford-Znajek機構は、降着率にかかわらず、ブラックホールスピンアップを効果的に相殺できるほど効率的ではない。
• 低ブラックホールスピン値は、角運動量がランダムな降着イベントの系列によってのみ達成可能であり、これがネットスピン抑制をもたらす。
• スピン仮説がクェセアの電波二重性を説明できるのは、降着歴に確率的角運動量入力が含まれる場合に限る。
• 最終ブラックホールスピンは、合計降着質量だけでなく、降着物質の統計的性質に強く依存する。
• 電波弱クェセアに観測された低スピンを生成するには、相関のない角運動量を持つ多数の降着エピソードを含む進化的シナリオが必要である。
• 本稿は、スピン仮説が特定の非一様な降着歴のもとでのみ、クェセアの二重性を説明する上で実現可能であると確立している。