落入黑洞的弧形气体云产生的高频准周期光变
高能天体物理现象
2017-11-29 v1
摘要
我们基于三维广义相对论辐射磁流体动力学（3D-GRRMHD）模拟数据，研究了落入恒星级质量黑洞的弧形气体云的动力学和辐射特性。假设气体云的辐射主要源于自由 - 自由发射和/或光学厚的逆康普顿散射，我们计算了发射率分布随时间的发展。我们发现：(1) 具有环状或弧形的气体云是间歇性形成的；(2) 它们保持近乎开普勒轨道速度缓慢落向黑洞。这些特征支持了 Moriyama & Mineshige 2015 提出的自旋测量方法中假设的气体云动力学特性，但吸积盘内边缘的半径大于最内稳定圆轨道（ISCO）。接下来，通过计算黑洞时空中的光子轨迹，我们检查了遥远观测者如何观测到每个气体云。吸积流的亮度表现出显著的时间变化，反映了气体密度分布的时间演化。持续时间在 0.08-0.10 秒的相对缓慢变化是由于气体云的形成和下落，而具有短时间间隔（0.01 秒）的准周期流量峰值则是由于非对称弧形气体云的光通过聚束效应产生的准周期增强。这可能解释了在黑洞双星中观测到的高频准周期振荡（HF QPOs）。文中简要讨论了观测含义和未来问题。
引用
@article{arxiv.1710.09386,
title = {High-frequency quasi-periodic light variations from arc-shaped gas clouds falling to a black hole},
author = {Kotaro Moriyama and Shin Mineshige and Hiroyuki R. Takahashi},
journal= {arXiv preprint arXiv:1710.09386},
year = {2017}
}
备注
20 pages, 13 figures, Accepted for publication in ApJ