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使不可见成为可见:X射线偏振揭示吸积流中的磁场

高能天体物理现象 2024-11-14 v2

摘要

黑洞吸积流中常引入大尺度强磁场,用于低/硬态下的喷流发射以及避免高/软态下的热不稳定性。本文表明,IXPE的X射线偏振测量对这些观点提出了强烈挑战。相当一般的论证表明,吸积流中达到能量均分的大尺度磁场应为 106810^{6-8}~G 量级。这会产生显著的法拉第旋转和/或退偏振。由于IXPE在两种谱态下均观测到偏振,这为X射线发射气体光球层中的相干大尺度(垂直、径向或方位角)磁场设定了 B5×106B\lesssim 5\times10^6~G 的上限。尽管我们强调应对每次单独的模拟(密度、场几何和发射率)计算法拉第旋转,但光球层内极可能不存在能量均分强度的大尺度有序磁场。在低/硬态下,强极向场若穿过黑洞视界而非X射线发射流,仍可为 Blandford-Znajek 喷流提供能量,但这也可能因缺乏真空双折射导致的退偏振而受到挑战。另一种可能的解释是,低/硬态喷流由正负电子对主导,因此可由较弱的场加速。在高/软态下,强环向场若埋藏在光球层下方仍可稳定吸积盘,尽管由于磁浮力这看似不太可能。从根本上说,IXPE的偏振数据意味着黑洞吸积流中的磁场不再是不可见和不受约束的。

关键词

引用

@article{arxiv.2404.12815,
  title  = {Making the invisible visible: Magnetic fields in accretion flows revealed by X-ray polarization},
  author = {Samuel Barnier and Chris Done},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2404.12815},
  year   = {2024}
}

备注

14 pages, 9 figures, Accepted for publication ApJ