Сравните теоретические модели аккреции на сверхмассивную чёрную дыру (тонкие диски, адевективные потоки) и сопоставьте их предсказания с наблюдаемыми спектрами и переменностью активных галактик; какие наблюдения могли бы дискриминировать модели?
Сравните теоретические модели аккреции на сверхмассивную чёрную дыру (тонкие диски, адевективные потоки) и сопоставьте их предсказания с наблюдаемыми спектрами и переменностью активных галактик; какие наблюдения могли бы дискриминировать модели?
Похожие вопросы
Не можешь разобраться в этой теме?
Обратись за помощью к экспертам
Гарантированные бесплатные доработки в течение 1 года
Быстрое выполнение от 2 часов
Проверка работы на плагиат
Поможем написать учебную работу
Основные отличия (структура, энерговыделение)
- Тонкий диск:
- Геометрия: тонкий, вращающийся диск H/R≪1H/R \ll 1H/R≪1.
- Радиативная эффективность: высокая, L=ηM˙c2L=\eta\dot M c^2L=ηM˙c2 с η∼0.06–0.3\eta\sim 0.06\text{–}0.3η∼0.06–0.3 (зависит от спина).
- Энергетика: локальное превращение вязкой энергии в излучение; оптический/УФ «big blue bump» — многотемпературное чёрнотельное излучение.
- ADAF / RIAF:
- Геометрия: геометрически толстый, почти сферический поток H∼RH\sim RH∼R.
- Радиативная эффективность: низкая, большая часть энергии адевектируется в ЧД или уносится ветром/джетом.
- Эмиссия: синхротрон в радио/мм, комптоновское усиление, броmстрат; слабый/отсутствующий УФ-бамп.
Ключевые предсказания спектров
- Тонкий диск:
- УФ/оптика: «big blue bump», для стандартного многоцветного диска Fν∝ν1/3F_\nu\propto \nu^{1/3}Fν ∝ν1/3 в промежуточной области.
- Рентген: жёсткое излучение от короны (комптоновское) с индекcом Γ∼1.8–2.2\Gamma\sim 1.8\text{–}2.2Γ∼1.8–2.2, рефлексия и широкая (релятивистски размытая) линия Fe Kα.
- Высокая общая люминесценция при m˙≳10−2–10−1 \dot m \gtrsim 10^{-2}\text{–}10^{-1}m˙≳10−2–10−1.
- ADAF / RIAF:
- Слабый/отсутствующий УФ-бамп; спектр «твердый» в рентгене (Γ∼1.4–1.8\Gamma\sim 1.4\text{–}1.8Γ∼1.4–1.8), часто высокий энергетический срез (cutoff) и выраженное радио/мм излучение от ближней синхротронной компоненты.
- Малый коэффициент отражения и узкая (менее релятивистская) Fe-линия при усечённом/отрезанном внутреннем диске.
- Пример: для очень низкой m˙\dot mm˙ наблюдаем Sgr A*, M87.
Критерии перехода (приблизительно)
- Критическая массовая скорость, при которой тонкий диск перестаёт быть устойчивым к RIAF: m˙crit∼α2\dot m_{\rm crit}\sim \alpha^2m˙crit ∼α2 (в долях от M˙Edd\dot M_{\rm Edd}M˙Edd ), т.е. обычно m˙crit∼10−2–10−3\dot m_{\rm crit}\sim 10^{-2}\text{–}10^{-3}m˙crit ∼10−2–10−3 при α∼0.1\alpha\sim0.1α∼0.1.
Временные шкалы и переменность (подстановки)
- Динамическая: tdyn∼R3/GMt_{\rm dyn}\sim\sqrt{R^3/GM}tdyn ∼R3/GM .
- Термальная: tth∼α−1tdynt_{\rm th}\sim \alpha^{-1} t_{\rm dyn}tth ∼α−1tdyn .
- Вязкостная: tvis∼(H/R)−2α−1tdynt_{\rm vis}\sim (H/R)^{-2}\alpha^{-1} t_{\rm dyn}tvis ∼(H/R)−2α−1tdyn .
- Для тонкого диска H/R≪1H/R\ll1H/R≪1 => tvist_{\rm vis}tvis очень велик (мес/годы для оптики у масс 107–109 M⊙10^7\text{–}10^9\,M_\odot107–109M⊙ ); быстрые вариации — преимущественно рентген от короны (световые/динамические времена ∼ \sim ∼ часы–дни).
- Для ADAF H/R∼1H/R\sim1H/R∼1 => tvis∼tth∼α−1tdynt_{\rm vis}\sim t_{\rm th}\sim \alpha^{-1}t_{\rm dyn}tvis ∼tth ∼α−1tdyn — быстрее, поэтому более быстрая и амплитудная вариабельность от всей внутренней области; сильная корреляция радио/Х/мм.
Наблюдательные сигналы, дискриминирующие модели (что смотреть)
1. Шаблон SED (радио→мм→оптика→УФ→Х): наличие сильного УФ-бампа и ν1/3\nu^{1/3}ν1/3 сегмента указывает на тонкий диск; слабый УФ и сильное радио/мм — на ADAF.
2. Рентген-спектроскопия:
- Ширина и профиль Fe Kα: широкая релятивистская линия — внутренний тонкий диск до ISCO; узкая/слабая — усечённый диск/ADAF.
- Фракция отражения (reflection fraction) и наличие «hump» при 20–30 keV: сильная — тонкий диск + корона; слабая — ADAF.
- Индекс Γ\GammaΓ и high-energy cutoff: мягче у тонкого диска/короны, жёстче у ADAF.
3. Варьируемость и лаги:
- Реверберационные лаги УФ/оптика ↔ рентген: тонкий диск даёт предсказуемые лаги по R∼(c×лаг)R\sim (c\times \text{лаг})R∼(c×лаг), согласующиеся с размером оптического диска; ADAF/усечённый диск — иные лаги, сильнее X–radio/мм корреляция.
- Мощные быстрые флуктуации (короткие времена): характерны для ADAF в X/мм.
4. Радио и джеты:
- Сильное компактное радио и корреляция radio/X (фундаментальная плоскость ЧД) — поддержка ADAF+джет; слабое радио — тонкий диск.
5. Поляризация:
- Оптическая/УФ поляризация и её спектральная зависимость различаются для диска и циркулирующих горячих потоков.
6. Наблюдения высокого разрешения (VLBI/ЕХТ):
- Прямая визуализация структуры ближней среды: наличие тонкого диска/плотной короны против горячего, разреженного потока.
Примеры соответствия наблюдений
- Квазары и яркие Seyfert 1: хорошо описываются тонким диском + корона (большая УФ-люминесценция, широкая Fe Kα).
- LLAGN, LINER, Sgr A*, M87: соответствуют ADAF/RIAF с сильным радио, слабым УФ и низкой эффективности излучения.
Короткое резюме (практическое правило)
- Если L/LEdd≳10−2L/L_{\rm Edd}\gtrsim 10^{-2}L/LEdd ≳10−2: доминирует тонкий диск (сильный УФ/оптика, отражение, релятивистские линии).
- Если L/LEdd≲10−3L/L_{\rm Edd}\lesssim 10^{-3}L/LEdd ≲10−3: вероятна ADAF/RIAF (радио/мм и жёсткий X‑спектр, слабые релятивистские признаки).
Какие наблюдения выполнить, чтобы решить однозначно
- Полный SED (радио→мм→оптика→УФ→жёсткий X до ~100–200 keV) + моделирование.
- Глубокая рентген-спектроскопия (Fe Kα профиль, reflection fraction, cutoff).
- Реверберационная временная кампания (X ↔ UV/optical лаги) для измерения размера и структуры диска.
- Совместные VLBI/мм (ЕХТ) и X‑ray кампании для картирования внутренней геометрии.
- Мониторинг радио/X корреляции и поляризации.
Эти сочетания спектральных и временных наблюдений позволяют достаточно надёжно дискриминировать тонкий диск и ADAF как доминирующие режимы аккреции.