銀河核円盤における星質量コンパクト天体の降着を推定する新手法を開発(Researchers Develop New Method to Estimate Stellar-mass Compact Object Accretion in AGN Disks)

2025-12-04 中国科学院(CAS)

中国科学院・雲南天文台の研究チームは、活動銀河核(AGN)円盤内で、恒星質量ブラックホール・中性子星・白色矮星といったコンパクト天体(CO)が物質をどの程度取り込むかをより正確に推定する新手法を開発した。従来広く用いられたBondi/BHLモデルは、ガスとCOの相対運動に伴う角運動量を無視しており、降着率を過大評価する可能性が指摘されていた。本研究では、AGN円盤の微分回転がガスに大きな角運動量を与え、COの周囲に粘性降着円盤を形成しやすいことを解析し、粘性降着率を理論的に導出した。そして、実際の降着率は「粘性降着率」と「BHL降着率」のいずれか小さい方で決まり、CO–SMBH質量比、円盤厚さ、軌道条件に応じて支配的な降着モードが切り替わるとした。特に薄いAGN円盤では粘性律速、厚い円盤ではBHLが優勢であることが示された。さらに、COの粘性降着率がAGN全体の降着率の約0.38倍となる重要なスケーリング則を発見し、COの質量成長や重力波源形成の予測に応用できるとしている。本成果は、AGN円盤内で進化するコンパクト天体の理解を大幅に精緻化する新たな理論基盤を提供する。

<関連情報>

AGNディスクに埋め込まれた恒星質量コンパクト天体の降着率 Accretion rates of stellar-mass compact objects embedded in AGN discs

Cheng-Liang Jiao ,Liying Zhu ,Er-gang Zhao ,Jia Zhang
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society  Published:06 November 2025
DOI:https://doi.org/10.1093/mnras/staf1899

銀河核円盤における星質量コンパクト天体の降着を推定する新手法を開発(Researchers Develop New Method to Estimate Stellar-mass Compact Object Accretion in AGN Disks)

ABSTRACT

Stellar-mass compact objects (COs) embedded in active galactic nucleus (AGN) discs are commonly assumed to accrete via Bondi or Bondi–Hoyle–Lyttleton (BHL) prescriptions, neglecting gas angular momentum. We show that differential rotation in AGN discs can impart non-negligible angular momentum, in which case accretion proceeds through a viscous disc rather than Bondi/BHL flow. Our model provides a new framework estimating the CO accretion rate as M˙ CO = min{M˙ vis, M˙ BHL}, where the viscous rate M˙ vis accounts for gas–CO relative motion decomposed into a local gradient term (due to differential rotation) and bulk motion (from differing orbital parameters). This rate can be expressed as M˙ vis = αξ (rH/rBHL) 3M˙ BHL, where ξ is a coefficient of the order of unity. It can also be approximately scaled to the global AGN accretion rate as M˙ vis ∝ M˙ 1, with the scaling coefficients in both forms determined by the specific dynamical configuration. The accretion is viscosity-limited when q > [αξ (1 + M2) 3/3]1/2h3, where q is the mass ratio between the CO and the supermassive black hole, α the viscosity parameter, M the Mach number of the bulk relative motion, and h the aspect ratio of the AGN disc. In thin AGN discs this condition is satisfied for most stellar-mass or more massive COs. Our framework also naturally allows for the inclusion of established outflow corrections, thereby enabling a more realistic treatment of super-Eddington flows. Our formulation thus improves upon Bondi/BHL prescriptions and offers a more physically motivated basis for studying CO evolution in AGN environments.

1701物理及び化学
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