大局的3次元磁気流体数値実験に基づく降着円盤理論の再構築

基于全局三维磁流体动力学实验重建吸积盘理论

基本信息

批准号：
01J11092
负责人：
町田真美
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Chiba University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01J11092/
关键词：
降着円盤ブラックホール磁気流体力学 ADAF

项目摘要

白鳥座X-1のようなブラックホール候補天体では、光学的に厚い標準降着円盤モデルで説明できるソフトステートと光学的に薄いADAFモデルで説明できるハードステート等の状態が観測されている。ハードステートの特徴の一つとしてX線強度の激しい時間変動がある。このX線強度変動はフラクタル的な分布を示す部分と、X線ショットと呼ばれるピーク部分で構成されていることが知られている。このようなブラックホール候補天体に特徴的なX線の振る舞いを説明する目的で、円盤全体を含み鉛直方向重力も考慮した大局的な3次元散逸的磁気流体(MHD)数値実験を行った。初期条件として、弱い方位角方向磁場に貫かれた回転平衡トーラスを考える。中心ブラックホールの重力として擬ニュートンポテンシャルを採用することで一般相対論的効果を取り入れている。トーラスは半径50r_g(r_gはシュバルツシルト半径)で圧力最大となるような一定の角運動量を持ち、2r_gに吸い込みの境界条件を採用して数値実験を行った。この結果、円盤内に発達した磁気回転不安定性による角運動量輸送のために、中心天体への質量降着が効率的に生じた。この時質量降着は定常に起きるのではなく、間欠的に生じること、質量降着は渦状に生じることがわかった。中心近傍への質量降着によって、ソフトX線が急激に増光する。ガスと磁場は凍結しているため、渦状の密度分布に沿って双対称渦状磁場(BSS)が卓越し、渦状密度腕内には強い電流シートが形成される。密度の塊が中心ブラックホールに吸収されると、ソフトX線は急激に減光する。電流シート内の密度が下がると磁気リコネクションが発生し、磁気エネルギーを熱として解放するため、X線強度は突然増加し、指数関数的に減光する。この一連の過程で観測されるX線ショットを説明することができる。これらの結果をまとめてApJ誌に発表した(町田、松元2003)。更に、質量降着率のパワースペクトル密度(PSD)を計算してみると、低振動側ではPSDはf^<1.5>に比例し、観測を再現することがわかった。

在黑洞候选物体（例如天鹅X-1）中，已经观察到可以通过光学较厚的标准积聚磁盘模型来解释的诸如软状态，并且可以通过光学薄的ADAF模型来解释这些状态。硬状态的特征之一是X射线强度的严重时间变化。众所周知，这种X射线强度变化包括一个显示分形分布的部分和称为X射线射击的峰值部分。为了解释这种黑洞候选物体的X射线特征的行为，我们进行了一个全球的三维耗散磁磁（MHD）数值实验，其中包括整个椎间盘并考虑了垂直重力。作为初始条件，请考虑由弱方位角磁场穿透的旋转平衡圆环。通过采用伪牛顿的潜力作为中央黑洞的重力，采用了一般的相对论效应。圆环具有恒定的角动量，半径为50 r_g（R_G是Schwarzschild半径），并且使用2R_G的吸力边界条件进行了数值实验。结果，由于磁盘内发生的磁旋转不稳定性引起的角动量转运，对中央天体的质量积聚有效地产生。目前，质量积聚并不经常发生，而是断断续续的，质量积聚发生在涡流中。质量积聚到中心附近会导致软X射线突然增加。由于气体和磁场被冷冻，因此沿涡流密度分布偏僻的零件涡流磁场（BSS），并且在涡流密度臂内形成强电流板。当密度质量被中央黑洞吸收时，软X射线会迅速变暗。当电流板内的密度减小时，会发生磁重新连接，将磁能作为热量释放，从而导致X射线强度突然增加并指数变暗。可以解释在此序列中观察到的X射线镜头。这些结果是在APJ杂志上收集并发表的（Machida，Matsumoto 2003）。此外，当计算质量吸积率的功率谱密度（PSD）时，发现在低振动侧，PSD与f^<1.5>成正比并重现观测值。