[論文レビュー] On the role of self-organised criticality in accretion systems

R. O. Dendy, P. Helander+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 5, 1999

Phase Equilibria and Thermodynamics参考文献 1被引用数 13

ひとこと要約

本論文は、特に天体的円盤におけるエネルギー散逸を理解するための統一的枠組みとして、自己組織的臨界性（SOC）を検討する。磁気流体力学的乱流の数値モデルを用いて、砂だんご型のダイナミクスが自然に出現することを示し、観測されたエネルギー散逸のべき乗則分布に対してSOCが妥当なメカニズムであることを支持する。

ABSTRACT

Self-organised criticality (SOC) has been suggested as a potentially powerful unifying paradigm for interpreting the structure of, and signals from, accretion systems. After reviewing the most promising sites where SOC might be observable, we consider the theoretical arguments for supposing that SOC can occur in accretion discs. Perhaps the most rigorous evidence is provided by numerical modelling of energy dissipation due to magnetohydrodynamic turbulence in accretion discs by G Geertsema & A Achterberg (A&A {\bf 255}, 427 (1992)); we investigate how "sandpile"-type dynamics arise in this model. It is concluded that the potential sites for SOC in accretion systems are numerous and observationally accessible, and that theoretical support for the possible occurrence of SOC can be derived from first principles.

研究の動機と目的

• 降着円盤におけるエネルギー散逸の統計的性質を自己組織的臨界性（SOC）が説明可能かどうかを評価すること。
• SOC現象が観測可能である可能性のある降着システム内の地点を特定すること。
• 乱流降着流において、第一原理からSOCが生じる理論的および数値的証拠を評価すること。
• 磁気流体力学的（MHD）乱流モデルにおける降着円盤で、砂だんご型ダイナミクスがどのように出現するかを調査すること。
• 観測された降着システムにおけるべき乗則分布と、その背後にあるSOCメカニズムとの間の関連を確立すること。

提案手法

• 降着円盤を焦点として、天体的システムにおけるSOCの理論的枠組みをレビューする。
• Geertsema & Achterberg (1992)による降着円盤内のMHD乱流の数値シミュレーションを、主な証拠源として分析する。
• MHDモデルにおけるエネルギー散逸パターンを分析し、SOCの特徴的であるスケール不変性とアバランチ的イベントを同定する。
• エネルギーの蓄積と放出における砂だんごモデルのアナロジーを、乱流降着円盤に適用する。
• モデルにおけるエネルギー放出の統計的性質（例：べき乗則分布）を、実際の降着システムで観測されたものと比較する。
• 第一原理の物理学を用いて、SOCが降着円盤の力学において自然に出現する条件を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MHD乱流を通じて、降着円盤において自己組織的臨界性が自然に出現するか。
• RQ2 降着システムにおけるSOCを示す観測的シグネチャは何か。
• RQ3 MHD乱流シミュレーションにおけるエネルギー散逸イベントは、どのようにスケール不変性を示すか。
• RQ4 モデルにおけるエネルギー放出の統計的性質が、実際の天体的システムのそれとどの程度一致するか。
• RQ5 降着円盤内で、微調整なしにSOCが自発的に出現する物理的メカニズムは何か。

主な発見

• Geertsema & Achterberg (1992)による降着円盤におけるMHD乱流の数値モデリングは、砂だんご型ダイナミクスの明確な証拠を提供し、SOC行動を示唆する。
• MHDモデルにおけるエネルギー散逸は、スケール不変性とべき乗則分布を示すイベントを示しており、自己組織的臨界性の特徴的兆候である。
• このモデルは、外部の調整や駆動なしに、第一原理の物理学からSOCが自然に出現することを示している。
• SOCを観測可能な降着システム内の多数の場所が存在し、活性銀河核やX線連星を含む観測的にアクセス可能な対象である。
• 基本的なMHDプロセスから導かれる理論的根拠により、降着システムにおけるSOCの妥当性が強化され、統一的パラダイムとしての可能性が高まる。
• 本研究は、乱流円盤におけるエネルギー放出の統計的挙動とSOCフレームワークとの直接的な関連を確立した。