Note:ADAF模型在低光度活动星系核中的应用
低光度活动星系核 的 吸积盘模型 :
根据 星系 的 活跃度 ,可以将星系分为 明亮的活动星系核 、 低光度活动星系核 ( 本文的重点 )和 宁静星系 (如我们 银河系 )。而目前的理论认为任何星系的中心都存在着一个 超大质量黑洞 ,这些黑洞作为星系的 引擎 ,必然要 吸积 周围的 气体 。
帕尔玛巡天 的结果显示低光度活动星系核非常普遍的存在于 邻近星系 中,邻近星系约 40% 都是低光度活动星系核。
低光度活动星系核的 主要观测特征 是:
- 热光度比较低 。典型的 热光度 值 L_{bol}/L_{Edd}\simeq10^{-5}\sim10^{-3} ,比 塞弗特星系 ( 有一个小而亮的恒星状的核 , 大多数没有完整的旋臂 ,核的光谱中有正常星系的光谱中看不到的 高激发 、 高电离 的 气体发射线 和一些 禁线 ,且 光度较强 )的光度低 1\sim2 个量级。这是由于 吸积率较低 且吸积流的 辐射效率小于标准薄盘 。
- 谱能量分布以及铁发射线不同于一般活动星系核 。明亮的活动星系核在 光学 、 紫外波段 都存在着著名的“ 大蓝包 ”( 蓝光波段处的明显隆起 ),而从低光度活动星系核的谱中我们没有看到“大蓝包”,但是在 中红外波段 存在着 极大 。由于“大蓝包”通常被认为是由标准薄盘内区的辐射造成的,所以“大蓝包”不存在也意味着标准薄盘在低光度活动星系核中 不存在 或者被 截断 。
- 双峰巴尔末线 。低光度活动星系核中经常发现具有 双峰结构 的发射线。拟合这些线要求吸积盘的 内半径 的值必须很大,这也印证了标准薄盘存在截断的理论。
目前大家公认的低光度活动星系核的标准模型如 封面图 所示,在距离黑洞较远的地方存在着标准薄盘,标准薄盘在某一半径处被截断,或者说发生了 跃迁 。从 截断半径 或者 跃迁半径 以内一直到 黑洞视界 都是 热吸积流 ,即 ADAF模型 或者 LHAF模型 ,而在热吸积流内部存在着 喷流 。
从观测得到的数据可以推测, 跃迁半径的值与吸积率相关 ,吸积率越高对应的跃迁半径就越小。一般来说,在这一模型中,低光度活动星系核的 X射线辐射 是由内区的热吸积流通过 康普顿化过程 实现的,光学和紫外波段的辐射则主要来源于标准薄盘中的 黑体辐射 ,而 射电辐射 则主要来源于喷流产生的 同步辐射 。
目前ADAF模型已经被广泛用于解释低光度活动星系核,包括 低光度活动星系核NGC1097 、 低光度活动星系核M81 、 椭圆星系 、 FRIs ( Fararoff-Riley I型射电星系 )、 XBONG ( X-ray Bright Optically Normal Galaxy )、 Blazars ( 耀变体 )以及部分 塞弗特星系 。
喷流与低光度活动星系核 :
对于低光度活动星系核我们还有 很多问题没有解决 ,比如为什么低光度活动星系核通常是 射电噪 的而明亮的活动星系核通常 射电宁静 。目前的理论认为这个情况显然与喷流的形成机制密切相关。
由于低光度活动星系核中存在着明亮的活动星系核中几乎没有的热吸积流,而热吸积流必然伴随着喷流的产生,所以很有可能 热吸积流有利于形成喷流 。
另一个问题是喷流的 辐射机制 对观测到的辐射谱的贡献。我们目前只知道 喷流是射电辐射产生的原因 ,但还不知道喷流的其他作用。我们可以设想,如果有比较大的一部分吸积流都进入喷流,而且喷流的辐射效率很高,由于ADAF的辐射效率很低,那么很有可能 整个波段的辐射都是由喷流而不是吸积流主导的 。
标准薄盘与ADAF的跃迁机制 :
在封面图片所示的吸积盘结构中,存在着一个重要的问题-- 标准薄盘如何跃迁到ADAF ?
目前主要理论有三种:
- 薄盘蒸发模型 。在这一模型中,薄盘存在 热冕 ,热冕由ADAF模型描述。由于热冕和冷盘之间存在着 热传导 ,那么薄盘中的 冷物质 会通过 蒸发过程 转化成气体进入冕中。当吸积率小于蒸发率的时候,薄盘就会变成热冕。
- 湍动能量传输 。这个模型考虑了通常会被忽略的 径向上的湍动能流 。这一能流正比于 熵梯度 ,形式上与 对流 相似,但具体的物理性质目前还不清楚。根据相关计算结果,我们发现当湍动能流超过某一阈值时,这一机制可以使标准薄盘跃迁为ADAF。
- 辐射压的不稳定性 。当吸积率高于某个值时,由于标准薄盘的内区是 辐射压 主导的,这时的吸积盘是 热不稳定 的,这种不稳定性也许会导致跃迁的发生。
薄盘蒸发模型和湍动能量传输模型都认为跃迁可以发生在很大的吸积率范围内,而且吸积率越大,跃迁半径越小。这也符合观测数据。
参考文献 :
[1]. Yuan F, Narayan R. Hot Accretion Flows Around Black Holes[J]. Annual Review of Astronomy & Astrophysics, 2014.52:529-588.
[2]. 向守平. 天体物理概论[M]. 中国科学技术大学出版社, 2008.