磁気圧優勢領域を含む
ブラックホール降着円盤の
2温度定常解
小田 寛 (千葉大)、中村賢仁(松江高専)
町田真美(国立天文台)、松元亮治(千葉大)
©オーム社
BHCからのX線スペクトル
概念図
• Steep Power Law
?
– Power Law ?
– ????
• high/soft (thermal)
– Soft X (Black Body)
– Optically thick disk
• low/hard
– Hard X(Power Law)
– Optically thin disk
Remillard 05
GX339-4:光度曲線
Hard
↓
Soft
の状態
遷移
~ 0.1LEdd
SPL
TD (Soft)
Hard
(Intermediate)
単位:日
L  M c 2
質
量
降
着
率
Remillard 05
Opt. thick
Opt. thin~ 0.1L
Edd
熱平衡曲線
~ 0.001LEdd
Slim
Soft
Hard
ADAF
Standard
SLE
(変換効率 =0.1)
(a0.01)
表面密度
Abramowicz et al. 95
三次元磁気流体シミュレーション(Machida
et al. 06)
熱平衡曲線
質
量
降
着
率
Slim
初期:光学的に薄いトーラス
弱い方位角磁場
ADAF
Standard
放射冷却として制動放射
SLE
Abramowicz et al. 95
表面密度
磁気圧優勢な準定常円盤
磁場を含めた一次元軸対称定常モデル

磁気圧優勢な安定ブランチが存在?
 磁気圧優勢な安定ブランチは存在するのか?
計算結果

そのブランチは~ 0.1LEddを説明できるのか?
より現実的な冷却機構
t=24100



放射冷却は主に電子→二温度化
磁場を考慮→シンクロトン放射
ADAF
高エネルギー電子 + 低エネルギー光子
→逆コンプトン散乱
b=100
b 10
b 1
円筒座標系  ,  , z )
基礎方程式(定常状態)
質量保存
 
v )  0
粘性力
運動方程式
 v  )v    pgas  J  B  N
エネルギー式
誘導方程式

rad
rad
ieie
0Q
q qQ


Q
Q
qQ
qadv
qvis
vis 
ie
ie
(電子)
GM
r  rg
J
B
4
t  a  pgas  pmag )
pgas ni kTi ne kTe
  mi ni me ne
(イオン)
z
 22 



 


B
)
B
B
 aadynamo
B )dz
v)dz
B

out
 0 v 
dynamo B)
  out 
n n i n e
pgas
b
pmag
軸対称、z方向に静水圧平衡、z方向にβ一定、方位角磁場を仮定   dz

z方向に積分
  v B dz   z
Machida et al. 06 の結果より、 

z 0
を仮定
W    p gas  pmag )dz
(シミュレーション結果では z⋍1)
z 0
㊟あくまで
定常流
エネルギーバランス

Qrad
 Qbr  Qbr ,C  Qsy  Qsy ,C
放射冷却
e
移流冷却
Q
(イオン)
クーロン衝突によるイオンから
電子へのエネルギー輸送
Q ie
ion
粘性加熱

adv

rad (電子)
ie
0  Q Q


Qadv  Qvis  Q
ie
M kTi 

2 m 
 (Entropy gradient parameter)
d
Q  a W
d

vis
 1 mi   ln Ti  ln   ln H  1   K で近似


  





   ある半径について解く
   1 m  

熱平衡曲線:   M
~0.1LEdd
z0
5rg
z1
考察1:磁気圧優勢解が得られた理由
今回仮定した粘性(α粘性)
Q  T

vis
d K
d
(剪断応力テンソル: T  aW )

Q
 磁気圧を考慮しない場合 vis  aW  aWgas

ガス圧が下がると放射冷却と釣り合いを取ること
ができなくなる

Q
 磁気圧を考慮する場合 vis  aW  a Wgas  Wmag )

)
 a 1  b 1 Wgas

磁気圧が強ければ放射冷却と釣り合いを取るこ
とができる
放射冷却

rad
Q
z0
5rg

br

br ,C
 Q Q

sy

sy ,C
Q Q
z1
考察2:優勢な放射冷却は何か?
z0

ADAF: Low M


ADAF: High M
磁場が弱い場合z0)
5rgどのブランチも制動放射が優勢

Low b
5rg
磁場が強い場合z1)


降着率が高く、温度がある程度高
い場合ではシンクロトロンセルフコ
ンプトンが優勢
予測されるスペクトル(注:円盤の
ある半径から放射されたもの)
5rg
z1
まとめ




方位角方向の磁場を含めた二温度、一次元
軸対称定常モデルを計算
相対論的制動放射、シンクロトロン放射、
逆コンプトン散乱の効果を考慮
熱平衡曲線において磁気圧優勢ブランチが
得られた
観測される、スペクトルがハードで光度が
~0.1LEddの状態を説明できる
今後の課題

二温度グローバルモデル




微分量を近似せずに、外側から積分
放射冷却項を円盤全体で積分することで、直接
光度が算出できる
スペクトルもより正確に予測できる
光学的に厚い場合にも対応できる放射冷却


光学的に薄いブランチと厚いブランチを繋ぐ?
光学的に厚い場合にも磁気圧優勢ブランチがあ
るかもしれない
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