[论文解读] Vertical structure of the accreting two-temperature corona and the transition to an ADAF

A. Różáńska, B. Czerny|arXiv (Cornell University)|Apr 12, 2000

Astrophysical Phenomena and Observations被引用 14

一句话总结

本文提出了一种在冷盘上方的双温吸积冕的自洽模型，其中通过辐射和热传导的能量交换驱动蒸发/凝结过程。结果表明，在低吸积率下，冕向内增长，触发向热ADA F流的转变；而在中等吸积率下，凝结可重建次级盘；过渡半径满足公式 $ r_{\text{tr}} = 4.51\dot{m}^{-4/3}\alpha_{0.1}^{7}R_{\text{Schw}} $，当吸积率超过临界值时，该半径发生不连续坍缩至准稳定轨道。

ABSTRACT

We investigate the model of the disc/corona accretion flow around the black hole. The model, parameterized by the total (i.e. disk plus corona) accretion rate, $\\dot m$, mass of the black hole, $M$ and the viscosity parameter, $\\alpha$, uniquely determines the fraction of energy released in the corona as a function of radius and, in particular, the transition radius to the single-phase ADAF flow. Self-consistent solutions with the mass exchange between phases display radial dependence of the parameters. This model reproduces all characteristic luminosity states of accretion black hole without any additional ad hoc assumptions. In particular. the mechanism of the disk evaporation leads to a new, almost horizontal branch on the accretion flow's stability curve (i.e. the dependence of accretion rate on surface density) at the critical accretion rate.

研究动机与目标

• 建立一个考虑通过辐射和传导进行能量交换的双温吸积冕垂直结构模型。
• 确定吸积流从双相（盘+冕）向单相热ADA F流转变的条件。
• 通过将观测到的黑洞系统（如GBH、AGN）的光谱态与吸积流中的物理解耦联系起来，无需人为假设来解释其光谱态。
• 推导冕中能量耗散的径向依赖关系以及过渡半径 $ r_{\text{tr}} $ 随总吸积率 $ \dot{m} $ 和黏滞系数 $ \alpha $ 的变化关系。

提出的方法

• 模型采用双相吸积流，包含一个冷的、几何薄盘和一个热的、光学薄冕，二者处于压力平衡状态，均由吸积供能。
• 通过辐射冷却、康普顿加热和热传导来模拟两相之间的能量交换，垂直结构由加热、冷却与传导通量之间的平衡决定。
• 通过在过渡区使用场长近似对垂直能量平衡方程进行积分，推导出盘-冕界面处的蒸发/凝结速率。
• 通过求解冕占主导且盘发生蒸发的半径，结合质量交换的自洽解，计算过渡半径 $ r_{\text{tr}} $。
• 模型采用标准的 $ \alpha $-黏滞度假设，并假设冕通过非热或传导机制从盘传输吸积能量而被加热。
• 分析吸积流的稳定性曲线，识别对应于不同亮度状态的分支，包括在临界吸积率下由于蒸发而出现的新水平分支。

实验结果

研究问题

• RQ1 当考虑与盘之间的能量交换时，双温吸积冕中的能量耗散径向分布由什么决定？
• RQ2 在何种条件下冷盘会完全蒸发为ADA F流？这种转变如何依赖于总吸积率 $ \dot{m} $ 和黏滞系数 $ \alpha $ ？
• RQ3 与静态模型相比，包含两相间质量交换如何改变吸积流的径向结构与稳定性？
• RQ4 何种物理机制可解释黑洞系统中观测到的亮度状态（如极高水平态、中间态）而无需人为假设？
• RQ5 双相流与单相流之间的过渡半径 $ r_{\text{tr}} $ 位于何处？其如何随 $ \dot{m} $ 和 $ \alpha $ 变化？

主要发现

• 当 $ \dot{m} < 6.9 \times 10^{-2}\alpha_{0.1}^{3.3} $ 时，过渡半径 $ r_{\text{tr}} $ 由公式 $ 4.51\dot{m}^{-4/3}\alpha_{0.1}^{7}R_{\text{Schw}} $ 给出，且在超过临界吸积率后发生不连续坍缩至准稳定轨道。
• 在低总吸积率下，冕向中心增强，导致盘完全蒸发并触发向热ADA F流的转变。
• 在中等吸积率下，凝结过程变得显著，可能在内区重建次级冷盘。
• 高吸积率抑制向ADA F流的转变，使冷盘一直维持至准稳定轨道。
• 该模型在临界吸积率处于吸积流稳定性曲线上产生一条新的、近乎水平的分支，解释了GBH中弱变的高水平态，以及AGN中缺乏此类状态的现象。
• 该模型通过强反射机制解释中间态，与观测到的光谱特征一致，并在无需额外假设的情况下重现了所有主要亮度状态。