[论文解读] 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 7

一句话总结

本文研究类星体中超大质量黑洞的自旋演化，以解释观测到的射电明亮/射电安静二分法。通过布兰德福德-兹贾内克机制和吸积驱动的自旋提升，表明只有具有随机角动量的随机吸积才能产生低自旋黑洞，支持‘自旋范式’作为在考虑吸积历史时类星体二分性的可行解释。

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''.

研究动机与目标

• 解决自旋范式预测射电安静类星体中黑洞自旋较低与吸积导致自旋提升之间的矛盾。
• 确定布兰德福德-兹贾内克机制是否能有效抵消吸积引起的黑洞自旋提升。
• 确定通过具有随机角动量的连续吸积事件实现低黑洞自旋的条件。
• 评估与类星体观测到的射电二分性一致的演化情景。
• 评估自旋范式在解释射电明亮与射电安静类星体之间二分性方面的可行性。

提出的方法

• 使用布兰德福德-兹贾内克机制作为主要自旋下降机制，模拟黑洞自旋演化。
• 分析布兰德福德-兹贾内克过程在不同吸积率和黑洞自旋值下的效率。
• 模拟具有随机角动量的连续吸积事件，以评估净自旋演化。
• 利用吸积导致自旋提升和喷流提取导致自旋下降的解析估计，推导出低最终自旋的条件。
• 评估吸积历史在决定最终黑洞自旋中的作用，特别是在随机角动量输入的背景下。
• 将理论自旋演化与类星体射电特性观测约束进行比较，以检验与自旋范式的自洽性。

实验结果

研究问题

• RQ1 布兰德福德-兹贾内克机制是否足够有效，能够抵消吸积引起的黑洞自旋提升，从而在射电安静类星体中产生低自旋黑洞？
• RQ2 在何种条件下，具有随机角动量的随机吸积可导致低黑洞自旋值？
• RQ3 当考虑吸积历史时，自旋范式是否与类星体观测到的射电二分性一致？
• RQ4 吸积率如何影响通过布兰德福德-兹贾内克机制实现自旋下降的效率？
• RQ5 哪些吸积事件的演化序列能够再现射电明亮与射电安静类星体之间的观测二分性？

主要发现

• 无论吸积率如何，布兰德福德-兹贾内克机制都不够高效，无法有效抵消吸积引起的黑洞自旋提升。
• 只有通过具有随机角动量的连续吸积事件序列，才能实现低黑洞自旋，导致净自旋抑制。
• 只有当吸积历史涉及随机角动量输入时，自旋范式才能解释类星体的射电二分性。
• 最终黑洞自旋关键取决于吸积物质的统计特性，而不仅仅是总吸积质量。
• 涉及多个具有不相关角动量的吸积事件的演化情景，是产生射电安静类星体中观测到的低自旋的必要条件。
• 本文确立了自旋范式仅在特定的、非均匀的吸积历史条件下，才可作为解释类星体二分性的可行方案。