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Properties of relativistic hot accretion flow around rotating black hole with radially varying viscosity

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English Summary

This paper examploys variable viscosity parameter (α) in relativistic, low angular momentum advective accretion flow around rotating black holes. Following recent magnetohydrodynamic disk studies revealing radial variation of α(r), authors theoretically investigate the properties of global transonic accretion flow considering a one-dimensional power law prescription of viscosity parameter as α(r) ∝ rθ, where viscosity exponent θ is a constant. By solving fluid equations that govern flow motion inside disk, researchers find that depending on flow parameters, shock transitions occur in the accretion flow and such shocked solutions continue to exist for wide ranges of flow energy, angular momentum, accretion rate, and viscosity exponent respectively. Due to shock compression, post-shock flow (hereafter PSC) can produce high energy radiations after reprocessing soft photons from pre-shock flow via inverse Comptonization process. Role of θ in deciding rs, R, S is studied alongside obtaining parameter space for shock formation with the increase of viscosity exponent. Limiting value of viscosity exponent (θmax) that admits shock is found to depend on both BH spin (ak) and proportionality constant α0.

Key Technical Terms

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Properties of relativistic hot accretion flow around rotating black hole with radially varying viscosity Monu Singh† and Santabrata Das† Department of Physics, Indian Institute of Technology Guwahati, Guwahati, 781039, Assam, India. 2023 *Corresponding author(s). E-mail(s): sbdas@iitg.ac.in; Contributing authors: monu18@iitg.ac.in; †These authors contributed equally to this work.Dec 26 Abstract We examine the effect of variable viscosity parameter (α) in relativistic, low angular momentum advective accretion flow around rotating black holes. Follow- ing the recent simulation studies of magnetohydrodynamic disk that reveal the radial variation of α(r), we theoretically investigate the properties of the global transonic accretion flow considering a one-dimensional power law prescription of viscosity parameter as α(r) ∝rθ, where the viscosity exponent θ is a con- stant. In doing so, we adopt the relativistic equation of state and solve the fluid equations that govern the flow motion inside the disk. We find that depending on the flow parameters, accretion flow experiences centrifugally supported shock transition and such shocked accretion solutions continue to exist for wide ranges[astro-ph.HE] of the flow energy, angular momentum, accretion rate and viscosity exponent, respectively. Due to shock compression, the hot and dense post-shock flow (here- after PSC) can produce the high energy radiations after reprocessing the soft photons from the pre-shock flow via inverse Comptonization. Since PSC is usu- ally described using shock radius (rs), compression ratio (R) and shock strength (S), we study the role of θ in deciding rs, R and S, respectively. Moreover, we obtain the parameter space for shock and find that possibility of shock forma- tion diminishes as θ is increased. Finally, we compute the limiting value of θ (i.e., θmax) that admits shock and find that flow can sustain more viscosity when it accretes onto rapidly rotating (ak →1) black hole in comparison to weakly rotating (ak →0) black hole.arXiv:2312.16001v1…

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한글 요약 (Korean Summary)

이 논문은 회전하는 블랙홀 주변의 상대 론적, 낮은 각 운동량 전진 성분 흐름에서 가변 점도 매개 변수 (α)를 고용합니다. α (r)의 방사형 변화를 나타내는 최근의 자기 유도 역학적 디스크 연구에 따르면, 저자들은 이론적으로 이론적으로 α (r) ℃로서의 차원 전력 법칙 처방을 고려하여 글로벌 트랜스 닉스 accretion 흐름의 특성을 조사합니다. 디스크 내부의 흐름 운동을 제어하는 ​​유체 방정식을 해결함으로써, 연구자들은 흐름 파라미터에 따라 충격 전이가 발생하며 충격적인 솔루션의 넓은 범위의 흐름 에너지, 각 운동량, 악의 속도 및 점도 지출에 대해 계속 존재한다는 것을 발견했습니다. 충격 압축으로 인해, 쇼 후 흐름 (이하 PSC)은 역전 계산 공정을 통해 사전 쇼크 흐름으로부터 소프트 광자를 재 처리 한 후 고 에너지 방사선을 생성 할 수 있습니다. rs, r, s 결정에서 θ의 역할은 점도 지수의 증가에 따른 충격 형성을위한 매개 변수 공간을 얻는 것과 함께 연구된다. 충격을 인정하는 점도 지수 (θmax)의 제한 값은 BH 스핀 (AK) 및 비례 상수 α0에 의존하는 것으로 밝혀졌습니다.

주요 기술 용어 (한글 설명)

  • Properties of relativistic hot accretion flow around rotating black holes
    설명 (Korean): 점도 지수 (θ) 및 BH 스핀 (AK)에 대한 의존성을 탐색하는 것과 함께 충격이있을 때 글로벌 트랜스닉 증가 솔루션의 특성을 조사합니다.
    (Original English: Investigates the properties of global transonic accretion solutions in presence of shock, alongside exploring dependencies on viscosity exponent (θ) and BH spin (ak).)
  • Viscosity parameter α(r)
    설명 (Korean): 방사형 좌표에 따라 다를 것으로 가정 된 치수가없는 수량; 점성 스트레스 고려를 위해 채택.
    (Original English: Dimensionless quantity assumed to vary with radial coordinate; adopted for viscous stress consideration.)
  • Viscosity exponent
    설명 (Korean): 점도 매개 변수의 전력 법률 처방을 나타내는 상수 값은 α (r) ∝ rθ이며, 여기서 점도 지수는 상수이고 R은 방사형 거리를 나타냅니다.
    (Original English: Constant value representing the power law prescription of viscosity parameter as α(r) ∝ rθ, where viscosity exponent is a constant and r denotes radial distance.)

발췌문 한글 번역 (Korean Translation of Excerpt)

방사형 적으로 다양한 점도로 블랙홀 회전 주변의 상대 론적 뜨거운 accretion 흐름의 특성 Monu Singh † 및 Santabrata DAS †, 인도 기술 연구소 Guwahati, Guwahati, 781039, Assam, India. 2023 *해당 저자. 이메일 : sbdas@iitg.ac.in; 기고자 : monu18@iitg.ac.in; †이 저자들은이 작업에 똑같이 기여했습니다. DEC 26 초록 우리는 회전하는 블랙홀 주변의 상대 론적, 낮은 각도 운동량 전진 유동에서 가변 점도 매개 변수 (α)의 효과를 조사합니다. α (r)의 방사형 변화를 나타내는 Magnetohydrodynamic 디스크의 최근 시뮬레이션 연구에 따르면, 우리는 점도 지수 θ가 콘- 스탠트 인 α (r) ℃로 점도 매개 변수의 1 차원 전력 법률 처방을 고려하여 글로벌 트랜스 닉 증가 흐름의 특성을 이론적으로 조사한다. 그렇게함으로써, 우리는 상대 론적 상태 방정식을 채택하고 디스크 내부의 흐름 운동을 제어하는 ​​유체 방정식을 해결합니다. 우리는 흐름 파라미터에 따라, 가속 흐름 경험이 중심적으로 지원되는 충격 전이와 이러한 충격적인 액도 솔루션이 각각 유동 에너지, 각 운동량, accretion rate 및 viscosity exponent의 넓은 범위 [Astro-Ph.he]에 대해 계속 존재한다는 것을 발견했다. 충격 압축으로 인해, 덥고 밀집된 사후 흐름 (여기서는 PSC 이후)은 반비 스크로치 흐름에서 소프트 광자를 재 처리 한 후 고 에너지 방사선을 생성 할 수 있습니다. PSC는 충격 반경 (RS), 압축 비율 (R) 및 충격 강도 (S)를 사용하여 일반적으로 설명되므로 각각 RS, R 및 S를 결정하는 데있어 θ의 역할을 연구합니다. 또한, 우리는 충격을위한 매개 변수 공간을 얻고 θ가 증가함에 따라 충격 형식의 가능성이 감소 함을 발견했습니다. 마지막으로, 우리는 충격을 인정하는 θ (즉, θmax)의 제한 값 (즉, θmax)을 계산하고 약하게 회전하는 (AK → 0) 블랙홀과 비교하여 빠르게 회전하는 (AK → 1) 블랙홀에 유입 될 때 더 많은 점도를 유지할 수 있음을 발견합니다.


Source: arXiv.org (or the original source of the paper)

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