[论文解读] Compton Heated Outflow from CDAFs

Myeong‐Gu Park, Jeremiah P. Ostriker|arXiv (Cornell University)|Aug 30, 2002

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用 8

一句话总结

本文研究了在对流主导吸积流（CDAFs）中由康普顿加热驱动的极向喷流，表明此类喷流在 $8\times10^{-7}L_E$ 至 $4\times10^{-5}L_E$ 的光度范围内是可行的，具有高准直性，并且依赖于电子温度、磁场强度和黏滞参数 $\alpha$。结果表明，由于密度剖面更平坦且辐射效率更高，CDAFs 比 ADAFs 更有利于喷流形成。

ABSTRACT

Convection-dominated accretion flows (CDAF) are expected to have a shallower density profile and a higher radiation efficiency as compared to advection-dominated accretion flows (ADAF). Both solutions have been developed to account for the observed properties of the low luminosity, high temperature X-ray sources believed to involve accretion onto massive black holes. Self-similar CDAFs also have steeper poloidal density gradients and temperatures close to the virial temperature. All these characteristics make CDAFs more capable of producing polar outflows driven by Compton heating as compared to other classical accretion disks. We investigate the conditions for producing such outflows in CDAFs and look for the mass accretion rate, or, equally, the luminosity of CDAFs for which such outflows will exist. When the electron temperature saturates around 10^11 K at the inner region, polar outflows are probable for 8x10^-7

研究动机与目标

• 确定康普顿加热在对流主导吸积流（CDAFs）中驱动极向喷流的条件。
• 识别此类喷流在物理上可行的质量吸积率或光度范围。
• 研究电子温度、磁场和黏滞参数 $\alpha$ 对喷流形成的影响。
• 比较 CDAFs 与吸积主导吸积流（ADAFs）的喷流潜力，突出 CDAFs 由于密度剖面更平坦且辐射效率更高而具有的优势。

提出的方法

• 采用具有径向密度 $\rho \propto r^{-1/2}$ 和温度 $T_i \propto r^{-1}$ 的自相似 CDAF 解作为背景流结构。
• 假设内区热区域的球对称辐射发射，对向外、低密度的极区电子进行康普顿加热建模。
• 采用简化的辐射场处理方法，通过对立体角积分计算能量密度和康普顿加热速率。
• 结合了康普顿化同步辐射发射与轫致辐射冷却，使用饱和限制的康普顿化增强因子 $\eta_{\text{syn}}^{\text{sat}}$ 和自吸收修正。
• 通过分析极向平面内的加热与冷却平衡以及径向力平衡来评估喷流的可行性。
• 考虑了磁场（最高达平衡值的 10%–1%）和低黏滞度（$\alpha \lesssim 0.1$）对喷流稳定性和准直性的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在何种光度范围内，康普顿加热可驱动 CDAFs 中的极向喷流？
• RQ2 内区电子温度如何影响喷流的启动与准直性？
• RQ3 磁场强度在 CDAFs 中促进或抑制喷流方面起什么作用？
• RQ4 黏滞参数 $\alpha$ 如何影响 CDAFs 中喷流形成的可能？
• RQ5 为何 CDAFs 比 ADAFs 更有利于产生康普顿加热、准直的喷流？

主要发现

• 康普顿加热喷流在光度范围 $8\times10^{-7}L_E \lesssim L/L_E \lesssim 4\times10^{-5}L_E$ 内是可行的，其中 $L_E$ 为爱丁顿光度。
• 喷流具有良好的准直性，开口角较小，表明其具有喷流形态。
• 当电子温度 $\lesssim 6\times10^9\,\text{K}$ 时，喷流解完全消失，表明喷流生成存在最低温度阈值。
• 当电子温度达到 $\sim10^{11}\,\text{K}$ 的饱和值时，喷流窗口达到最大，证实了高温内区的重要性。
• 磁场必须低于平衡值的 1% 至 10% 才能允许喷流存在，表明强磁场会抑制极向喷射。
• 当黏滞参数 $\alpha$ 较小时，喷流更可能形成，这与 CDAF 情况一致（$\alpha \lesssim 0.1$），其可增强对流并改变径向力平衡。