Radiative cooling and state transition in stellar mass black holes.
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | eng |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP |
Texto Completo: | https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/14/14131/tde-14052020-172856/ |
Resumo: | Black hole (BH) X-ray binaries are characterized by different spectral states along their lives. These states can be explained by the presence of a hot, geometrically thick corona for the hard state and a colder thin disk for the soft state. However, the degree to which the hot corona and the thin accretion disk coexist is not well understood. In particular, it is unclear how the inner radius of the thin disk and the properties of the hot corona (e.g. size and temperature) are related to the fundamental system properties such as the BH mass accretion rate M. In this work, two-dimensional hydrodynamical simulations with radiative cooling of accretion flows around stellar black holes were performed to investigate the interplay between the thin disk and hot corona and the relation between the truncation radius R tr and M. The contribution of Bremsstrahlung, synchrotron and comptonized synchrotron cooling processes were incorporated in the energy equation. The main results of this work are (i) the new relation R tr m -1/2 connecting two basic properties of accreting BHs and (ii) the decrease of both temperature and spatial extent of the corona with increasing M. These results are expected to shed light on observations of BH binaries. |
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Radiative cooling and state transition in stellar mass black holes.Resfriamento radiativo e transição de estado em buracos negros estelares.Accretion flowBinárias de buracos negro em raio XBlack hole X-ray binariesblack holesburacos negrosDisco de acreçãoNumerical simulationRadiative coolingRaio de truncamentoResfriamento radiativoSimulação numéricaState transitionTransição de estadoTruncation radiusBlack hole (BH) X-ray binaries are characterized by different spectral states along their lives. These states can be explained by the presence of a hot, geometrically thick corona for the hard state and a colder thin disk for the soft state. However, the degree to which the hot corona and the thin accretion disk coexist is not well understood. In particular, it is unclear how the inner radius of the thin disk and the properties of the hot corona (e.g. size and temperature) are related to the fundamental system properties such as the BH mass accretion rate M. In this work, two-dimensional hydrodynamical simulations with radiative cooling of accretion flows around stellar black holes were performed to investigate the interplay between the thin disk and hot corona and the relation between the truncation radius R tr and M. The contribution of Bremsstrahlung, synchrotron and comptonized synchrotron cooling processes were incorporated in the energy equation. The main results of this work are (i) the new relation R tr m -1/2 connecting two basic properties of accreting BHs and (ii) the decrease of both temperature and spatial extent of the corona with increasing M. These results are expected to shed light on observations of BH binaries.Binárias de buracos negros em raio X são conhecidas por apresentarem diferentes estados espectrais ao longo de suas vidas. Esses estados podem ser explicados pela presença de um disco quente e geometricamente espesso para o estado duro e um disco mais frio e fino para o estado mole. Entretanto, o grau em que a corona quente a o disco fino coexistem não é bem entendido. Em particular, não é claro como o disco interno do disco fino e as propriedades da corona (e.g. tamanho e temperatura) estão relacionadas à propriedade fundamental do sistema como a taxa de acreção do buraco negro M. Neste trabalho, simulações hidrodinâmicas de discos de acreção ao redor de buracos negros estelares com resfriamento radiativo em duas dimensões foram realizadas para investigar a interação entre o disco fino e a corona quente e a relação entre o raio de truncamento R tr e M. As contribuições de processos de resfriamento como Bremsstrahlung, síncrotron e síncrotron comptonizado foram incorporados na equação de energia. Os principais resultados deste trabalho são (i) a nova relação R tr m -1/2 conectando as duas propriedades básicas de buracos negros acretando e (ii) a diminuição da temperatura e da extensão espacial da corona com o aumento de M. Espera-se que estes resultados lancem luz sobre as observações de binárias de buracos negros.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPSilva, Rodrigo Nemmen daVemado, Artur2020-04-13info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/14/14131/tde-14052020-172856/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesseng2020-05-27T19:55:02Zoai:teses.usp.br:tde-14052020-172856Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212020-05-27T19:55:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false |
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Black hole (BH) X-ray binaries are characterized by different spectral states along their lives. These states can be explained by the presence of a hot, geometrically thick corona for the hard state and a colder thin disk for the soft state. However, the degree to which the hot corona and the thin accretion disk coexist is not well understood. In particular, it is unclear how the inner radius of the thin disk and the properties of the hot corona (e.g. size and temperature) are related to the fundamental system properties such as the BH mass accretion rate M. In this work, two-dimensional hydrodynamical simulations with radiative cooling of accretion flows around stellar black holes were performed to investigate the interplay between the thin disk and hot corona and the relation between the truncation radius R tr and M. The contribution of Bremsstrahlung, synchrotron and comptonized synchrotron cooling processes were incorporated in the energy equation. The main results of this work are (i) the new relation R tr m -1/2 connecting two basic properties of accreting BHs and (ii) the decrease of both temperature and spatial extent of the corona with increasing M. These results are expected to shed light on observations of BH binaries. |
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