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Black Hole Astrophysics : Magnetohydrodynamics on the Kerr Geometry

Müller, Andreas

German Title: Astrophysik Schwarzer Löcher : Magnetohydrodynamik auf der Kerr-Geometrie

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PDF, German
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Abstract

This work is dedicated to the astrophysics of rotating black holes. The main topic concerns accretion physics in the regime of General Relativistic Magnetohydrodynamics (GRMHD). The behavior of non-radiative accretion flows and outflows on the Kerr space-time is analyzed. Basic equations of conservative GRMHD and aspects of numerical schemes are presented. Relativistic codes and astrophysical simulations validate numerical schemes. A synopsis gives requirements for a robuste GRMHD code. Further developments in GRMHD research are investigated. Another part deals with radiation from accretion disks. Relativistically broadened emission lines from active galactic nuclei and X-ray binaries are calculated by relativistic ray tracing. A new model - based on truncated standard disks - is presented that considers radial drift in accretion flows. Emission lines serve as diagnostic tools to compare parameter studies. Thereby, a classification scheme by line morphology was found: A line profile is triangular, double-horned, bumpy, shoulder-like or double-peaked. Both parts of the work can be connected in further research: results from GRMHD simulations e.g. the velocity field of the flow serve as an input for Kerr ray tracing. Then, realistic spectra are feasible that originate from the vicinity of black holes.

Translation of abstract (German)

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Astrophysik von rotierenden Schwarzen Löchern. Schwerpunktthema ist die Akkretionsphysik im Regime der allgemein relativistischen Magnetohydrodynamik (GRMHD). Das Verhalten von Akkretionsflüssen und Ausflüssen auf der Kerr-Raumzeit ohne Strahlungseffekte wird analysiert. Die Grundgleichungen der GRMHD in Erhaltungsform und Aspekte numerischer Lösungsverfahren werden vorgestellt. Relativistische Codes und astrophysikalische Simulationen dienen einer Erörterung der Tauglichkeit unterschiedlicher numerischer Verfahren. Aus der Synopsis folgen Anforderungen an einen robusten GRMHD Code. Die Entwicklung im Forschungsfeld GRMHD wird eingeschätzt. Ein weiterer Teil ist der Strahlung von Akkretionsscheiben gewidmet. Relativistisches Ray Tracing dient der Berechnung von relativistisch verbreiterten Emissionslinien von Aktiven Galaktischen Kernen und Röntgendoppelsternen. Es wird ein neues Modell - basierend auf trunkierten Standardscheiben - vorgestellt, dass der radialen Drift im Akkretionsfluss Rechnung trägt. Emissionslinien eignen sich als Diagnoseinstrumente, um unterschiedliche Parametermodelle zu vergleichen. Dabei wurde ein Klassifikationsschema nach Linienmorphologie entdeckt: Ein Linienprofil ist dreieckig, doppelköpfig, buckelig, schulterartig oder doppelspitzig. Beide Teile der vorliegenden Arbeit können in weiterer Forschungsarbeit aneinander gekoppelt werden: Die Resultate von GRMHD-Simulationen, die das Geschwindigkeitsfeld eines nicht-radiativen Akkretionsflusses liefern, können als Eingangsdaten für Kerr Ray Tracing benutzt werden. Aus dieser Verknüpfung folgen realistische Spektren, die in der Nähe Schwarzer Löcher emittiert werden.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Camenzind, Prof. Dr. Max
Date of thesis defense: 22. December 2004
Date Deposited: 10. Jan 2005 09:13
Date: 2004
Faculties / Institutes: Service facilities > Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH) > ZAH: Landessternwarte
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
Controlled Keywords: Astrophysik, Allgemeine Relativitätstheorie, Schwarzes Loch, Kerr-Lösung, Jet <Astronomie>, Magnetohydrodynamik
Uncontrolled Keywords: GRMHD , Relativity
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