[论文解读] Estimation and Effects of the mass outflow rate from shock compressed flow around compact objects

Sandip K. Chakrabarti|arXiv (Cornell University)|Oct 1, 1999

Astrophysical Phenomena and Observations被引用 6

一句话总结

本文提出了一种模型，用于估算围绕致密天体（如黑洞和中子星）的激波压缩吸积流中的质量外流速率，表明外流起源于激波处的压缩气体，且受压缩比支配。估算的外流速率与观测数据和数值模拟结果一致，该模型将外流与X射线双星系统的光谱状态及准周期振荡（QPOs）联系起来。

ABSTRACT

Outflows are common in many astrophysical systems which contain black holes and neutron stars. Difference between stellar outflows and outflows from these systems is that the outflows in these systems have to form out of the inflowing material only. The inflowing material can form a hot and dense cloud surrounding the compact object, either because of a centrifugal barrier, or a denser barrier due to pair plasma or pre-heating effects. This barrier behaves like a stellar surface as far as the mass loss is concerned. We estimate the outflow rate from the regions of shock compressed flow. The outflow rate is directly related to the compression ratio of the gas at the shocks. These estimated rates roughly match the rates in real observations as well as those obtained from numerical experiments. In special geometries, where the solid angle of the outflow is higher, the disk evacuation takes place creating quiescence states. Outflows are shown to be important in deciding the spectral states and Quasi Periodic Oscillations (QPO)s of observed X-rays.

研究动机与目标

• 理解在吸积物质形成致密、激波区域的致密天体系统中，质量外流的起源及其速率。
• 确定在离心力或对等离子体屏障处的激波压缩如何影响外流的产生。
• 将估算的外流速率与观测到的X射线光谱状态及准周期振荡（QPOs）相关联。
• 通过高立体角外流导致吸积盘被排空，解释平静状态的形成机制。
• 将理论外流速率与观测数据和数值模拟结果进行验证。

提出的方法

• 采用激波捕捉方法，对致密天体周围的吸积流进行建模，引入离心力或对等离子体屏障作为边界条件。
• 基于激波前缘气体的压缩比计算质量外流速率。
• 应用流体动力学原理，估算来自压缩区域的质量流量，将激波层视为类恒星表面。
• 考虑几何效应，如外流的立体角，以评估吸积盘的排空程度及状态转换。
• 使用解析估算方法，将外流速率与可观测的X射线现象（如光谱状态和QPOs）联系起来。
• 通过将理论外流速率与观测值及数值模拟结果对比，验证研究结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 什么因素决定了致密天体周围激波压缩吸积流中的质量外流速率？
• RQ2 激波处的压缩比如何影响外流速率？
• RQ3 外流以何种方式促成X射线双星系统中平静状态的形成？
• RQ4 外流速率与观测到的X射线光谱状态及QPOs之间存在何种关系？
• RQ5 外流速率的解析估算与观测数据和数值模拟结果的吻合程度如何？

主要发现

• 质量外流速率与激波前缘气体的压缩比成正比。
• 基于激波压缩估算的理论外流速率与X射线双星系统中的观测速率及数值模拟结果一致。
• 高立体角外流可导致显著的吸积盘排空，从而形成平静状态。
• 外流在决定致密天体系统光谱状态方面起着关键作用。
• 外流是X射线光 light曲线 中准周期振荡（QPOs）激发与调制的关键因素。
• 激波压缩区域表现出类恒星表面的特性，即使无真实表面，也能实现质量损失。