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Black hole accretion disks : sources of viscosity and signatures of super-Eddington accretion

Heinzeller, Dominikus

German Title: Akkretionsscheiben um Schwarze Löcher : Quellen der Viskosität und Spuren von über-Eddington Akkretion

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Abstract

We study the role of convection in black hole accretion flows. We investigate the influence of convection on the energy transport as well as the effect of convective turbulence on the disk’s viscosity. The results reveal that convection supports the radiative energy transport efficiently in massless disks, while it can turn into a negative feedback if self-gravity becomes important. Convective turbulence adds significantly to the total viscosity, but cannot account for it on its own. In the second part, we study the spectral energy distribution of super-Eddington accretion flows onto a black hole, based on 2D RHD simulation data. We model the continuum emission as well as the iron K line emission and absorption features with a ray-tracing radiative transfer code. We find that mild relativistic beaming effects become important, leading to super-Eddington luminosities for face-on seen disks. We confirm the diagnostic power of the iron K lines on the accretion process in the inner disk region, finding a strong correlation between the central black hole mass and the ratio of the Kβ to the Kα lines. We also detect a trend of line broadening for edge-on seen disks.

Translation of abstract (German)

Wir untersuchen die Rolle der Konvektion in Akkretionsscheiben um Schwarze Löcher, insbesondere den Einfluss auf den Energietransport und die Auswirkung konvektiver Turbulenz auf die Viskosität in der Scheibe. Wir zeigen, dass Konvektion den Energietransport durch Strahlung im Falle einer masselosen Scheibe effizient unterstützt, während es im umgekehrten Fall einer selbstgravitierenden Scheibe zu negativen Rückkopplungseffekten kommt. Obwohl konvektive Turbulenz einen signifikanten Beitrag zur gesamten Viskosität leistet, kann sie nicht alleine als Erklärung dafür dienen. Im zweiten Teil untersuchen wir die spektrale Energieverteilung von über-Eddington akkretierenden Schwarzen Löchern, basierend auf 2D strahlungs-hydrodynamischen Simulationsdaten. Wir berechnen die Kontinuumemission und die Emission und Absorption der Eisen-K-Linien mittels einer Ray-tracing Methode. Wir zeigen, dass relativistische Beaming-Effekte für frontal betrachtete Scheiben zu über-Eddington Leuchtkräften führen. Die Eisen-Linien erweisen sich als guter Indikator für den Akkretionsprozess in den inneren Scheibenregionen: Es zeigt sich eine enge Korrelation zwischen dem Verhältnis der Kβ-Linien zu den Kα Linen und der Zentralmasse, sowie zwischen der Linienbreite und dem Beobachtungswinkel.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Duschl, Prof. Dr. Wolfgang J.
Date of thesis defense: 16 July 2008
Date Deposited: 21 Jul 2008 10:41
Date: 2008
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
Controlled Keywords: Akkretion, Rotierende Scheibe, Akkretionsscheibe, Eddington, Arthur Stanley, Viskosität, Schwarzes Loch, Erzwungene Konvektion, Freie Konvektio
Uncontrolled Keywords: Mischungswegtheorie , Strahlungstransport , Eisen K-LinieMixing-length-theory , radiative transfer , iron K-line
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