X-RAY FULCTUATION FROM ADOVECTIN

X-RAY FULCTUATION FROM
ADOVECTIN-DOMINATED ACCRETION DISKS
WITH A CRITICAL BEHAVIOR
Mitsuru Takeuchi and Shin Mineshige
ApJ 486:160-168,1997 September 1
Abstract

Black hole からの非周期的なX線変動
– Cellular automaton model
（現象論的)

Single shot がつくる光度曲線の計算
– Advection dominated accretion flow
(ADAF) への熱的摂動の時間発展

二つの理論を統合
– ADAFへの臨界状態の規定
αhigh , , Rcrit）依存性
 パラメータ（α/
–
–
–
–
PSD(1/f ゆらぎ)
Peak intensity distribution
Variation time scale
ADAF 領域のサイズ
Observed Features




fluctuation は hard (low) state中に見られる
fluctuation は非周期的
Power Spectral Densityに1/f ゆらぎ
shotlike feature
– 極端に鋭いピーク
– 光度曲線が shot component と
persistent component を持つ

臨界状態の示唆
– Small shot はランダムに起こる
– Large shot はランダムではない
→一定期間抑圧される
地震のメカニズム
Introduction

Shot-noise model (Terrell 1972)
– 光度曲線→多数のshotの重ね合わせ


様々な理論的モデル
Cellular automaton model (Mineshige 1994)
– Self-organized criticality (SOC)に基づく臨界挙動

ADAFへの熱的撹乱の時間発展(Manmoto
1996)
– Single disturbance による光度曲線の変動
(single shot)
Cellular automaton model

diskに多数のblobを考え、blabの
質量密度が臨界値を超えると、雪崩
→shot component
 Self-organized criticality
– 緩やかな質量降着を仮定
→persistent component

臨界値、shotのサイズ、緩やかな質量降着
などはパラメータとして与える
ADAF model (Manmoto et al 1996)
feature
粘性応力による重力エネルギー解放の大部分を
降着ガスとともに中心星へ
11
 T～数 10 K
 Globally stable

– 局所的には不安定→shot component 可
– 大局的には安定→persistent component 可

single disturbance に対して観測にあうような
single shotが得られた
ADAF model (Manmoto et al 1996)
physical assumption
一次元軸対称disk
 Geometrically thin H<r
 変数を垂直積分
 一温度ガス
 制動放射による輻射冷却

ADAF model (Manmoto et al 1996)
basic equation
 : 表面密度
W : 垂直積分圧力
  v / r : 角運動量
k  (GM / r )
1/ 2
/( r  rs )
: pseudo  newtonian中の
ケプラー角運動量
 : 粘性パラメータ
e : ガスの内部エネルギー

Q  輻射冷却率（制動放射）
M=10M
ADAF model (Manmoto et al
1996)
method

初期状態として定常状態
– 半陰的Runge-Kutta法




 / t  0, rout  100rs
rin  2.2rs
超音速点を積分領域内に含む
r  routで standard disk
メッシュポイントはlogscaleで均一に分布～100個
Lax-wendroff法
– 外側の境界条件は定常と同じ
– 内側は自由境界条件
定常状態の
表面密度
∑＝∑steadyとなるR
Prescription of critical condition

Free parameter
は
定常解からのずれ
Free parameter は
Rcrit ,  high /  0 ,
←∑criticalを超えたらαを上げて
質量降着率を上げる
Result: Dependence on Rcrit
light curve
 high /  0  1.2,  0.5
Rcrit  90
Variability
Timescale
大
Disturbanceは
Rcrit付近から発生
Variability timescale
∝Rcrit～rin
のfree-fall time scale
Rcrit  30
Rcrit  20
Variability
Timescale
小
time scaleは
Rcritで決まる
Result: Dependence on Rcrit
PSD
S ( f )  f   で fitting
f 1.6
f 4.0
f 3.6
Takeuchi et al.1995
によると
slope of PSD
small
↓
peak intensity distribution
wide
観測よりも
急勾配
では
peak intensity distributionは
どうなっているか？
Result: Dependence on Rcrit
peak intensity distribution
計算結果と観測の間の矛盾
not exp
だが
一応wide
wide
narrow
↓
一次元計算の限界
多様なサイズのshotを作れない
future work
→二次元計算
peak intensity
distribution
(slope of PSD)が
Rcritに依存せず一定
なものが得られる？
Result: Dependence on Rcrit
Rcrit=90
t=56.325
t=56.491
t=56.665
t=56.845
t=57.026
t=57.211
t=57.417
[rs/c]
∑＞∑critの領域から
α増＝rapid accretion
↓
long-wavelength perturbation
内側で反射して
音波として外側へ
Result: Dependence on α-value
shotlike feature
Rcrit=30,η=0.5
 high /  0  1.2
negative
shot無し
shotlike featureを
示すか否かは
α-valueで決まる
 high /  0  1.5
negative
shot有り
αhigh/α0は
僅かに１より上
 high /  0  1.7
negative
shot有り
Result: Dependence on η
Rcrit=30,αhigh/α0=1.2
η=0.1
η=0.5
η=1.0
観測と合うのは
η<0.5
Summary and discussion

ADAF modelに臨界状態を課し
Rcrit,αhigh/α0,ηを調節することにより、観
測結果を（ある程度）再現できる
 より多様なサイズのshotを再現するために
二次元計算が必要
– ADAFではvφ～vr
Summary and discussion
βは一定
→peak intensity distributionのslopeは同じ
→fluctuationの局所的な性質は同じ
flat
1/ f 
log PSD
fbreak はpeak intensity distribution
(or duration time) のMAXに依存
peak intensity distribution
(or duration time)
のMAXはRcritに依存
→Rcritは大体ADAF領域のサイズ
→fbreakはADAF領域のサイズの指標
fbreak
log f
Summary and discussion
critical behaviorの起源

disturbanceに要求される条件
– ∑＞∑crit の時に発生
– ADAF領域でよく発生

もっともらしい候補:磁場
– ADAFは低放射率、主なエネルギー解放は
reconnection
重力エネルギー
→ガスの運動エネルギー
→磁気エネルギー
Introduction 1

High (soft)state
flat
– standard model

Low(hard)state
– ADAF model
log PSD
– Intensity fluctuationは小さい
1/ f 
– Intensity fluctuationは大きい
→1/f -like fluctuation
log f

Download Report