超亮X射线脉冲星吸积柱的辐射流体力学模型

受最近在超亮X射线源 M82 X-2（“ULX-脉冲星”）中发现脉冲发射的推动，我们对通过狭窄吸积柱向中子星超临界吸积流进行了二维辐射流体力学模拟。我们在中子星上方设置一个锥形吸积柱，其中充满密度为 $10^{-4} {\rm g}~ {\rm cm}^{-3}$ 的稀薄气体，并求解柱内二维气体运动和辐射转移。侧边界设置为辐射可自由逃逸而气体不能。由于初始气体层不处于流体静力平衡，柱内气体落到中子星表面，从而产生激波。结果，吸积柱由两个部分构成：上部近自由下落区和下部沉降区，正如 Basko \& Sunyaev (1976) 所指出的。平均吸积率非常高；${\dot M}\sim 10^{2-3} L_{\rm E}/c^2$（其中 $L_{\rm E}$ 为爱丁顿光度），因此辐射能在整个柱内完全主导气体内能。尽管吸积率高，在沉降区距离 $r$ 处实验室系中的辐射通量勉强保持在 $L_{\rm E}/(4\pi r^2)$ 以下，从而物质可以缓慢吸积。这种调节之所以可能，是因为通过物质动能耗散产生的大量光子可以从侧边界逃逸。总光度可远超 $L_{\rm E}$ 几个数量级，而从柱顶观测到的视光度则小得多。由于这种高度各向异性的辐射场，若自转轴与磁轴不对齐，观测通量应随自转周期呈现周期性变化。