초록 ▼

블랙홀 및 밀집성 (중성자별과 백색왜성)으로의 물질유입 (accretion)과 이에 관련된 충격파와 제트에 관련된 제반 물리 현상을 해석학적 및 시뮬레이션 접근 방법으로 연구하였다. 구체적으로 블랙홀 및 밀집성 주변에서 초음속과 아음속을 망라하는 물질의 운동 및 상태를 규명하고자 하였다. 또한 블랙홀 및 밀집성 부근의 강한 중력하에서 물질의 운동, 특히 상대론적 유체의 운동의 특성도 분석하고자 하였다. 마지막으로 이들 현상과 관련된 관측을 통해, 블랙홀 및 밀집성 부근의 물질에 관한 ‘전체적인 모습’을 이해하려고 시도하고자 하였다.

블랙홀 및 밀집성 (중성자별과 백색왜성)으로의 물질유입 (accretion)과 이에 관련된 충격파와 제트에 관련된 제반 물리 현상을 해석학적 및 시뮬레이션 접근 방법으로 연구하였다. 구체적으로 블랙홀 및 밀집성 주변에서 초음속과 아음속을 망라하는 물질의 운동 및 상태를 규명하고자 하였다. 또한 블랙홀 및 밀집성 부근의 강한 중력하에서 물질의 운동, 특히 상대론적 유체의 운동의 특성도 분석하고자 하였다. 마지막으로 이들 현상과 관련된 관측을 통해, 블랙홀 및 밀집성 부근의 물질에 관한 ‘전체적인 모습’을 이해하려고 시도하고자 하였다.
물질유입의 시뮬레이션 연구에 특성화된 코드를 완성하였다. 하나의 코드는 다차원 유체역학 및 자기유체역학에서 점성항에 의한 각운동량을 최대한의 정확도를 가지고 재현하는 것을 목표로 개발하였다. 또한 블랙홀 및 밀집성 부근의 강한 중력하에서 상대론적으로 운동하는 유체를 재현하기 위한 상대론적 유체역학 코드도 개발하였다. 이 코드와 기존의 코드들을 이용한 시뮬레이션 접근 방법 및 해석학적 접근 방법과
관측 통해 연차별로 다음을 수행하였다. 1차년도: ① 블랙홀 물질유입 연구에 특성화된 점성항을 포함한 유체역학 코드의 개발, ② 상대론적 유체역학 코드의 개발, ③ 기존의 자기유체역학 코드를 사용하여 블
랙홀로부터 방출된 제트의 진화 시뮬레이션, ④ 아음속 프로펠러 상태에 있는 중성자성과 eject 상태에 있는 백색 왜성의 관측적 외양 특성 규명, ⑤ 자기 격변 변광성 AE Aqr의 기존 X-선 위성 데이터 분석.
2차년도: ① 블랙홀 주변에서 초음속 물질 유입의 2차원적 시뮬레이션, ② 상대론적 유체역학 코드의 개발의 테스트 및 확장, ③ 블랙홀 주변 부착원반과 제트의 물리기작 규명을 위한 모델 계산, ④ 시퍼트은하 MCG-2-58-22의 물질유입 현상 연구, ⑤밀집성의 질량 유입 및 방출연구 - 백색왜성 쌍성 AE Aqr.3차년도: ① 블랙홀 주변에서 초음속 물질유입 시뮬레이션의 확장, ② 블랙홀 및 밀집성 부근에서 상대론적 제트 시뮬레이션, ③ 상대론적 유체역학 코드에 일반 상대성
효과 포함, ④ 블랙홀 주변 부착원반 및 제트 특성의 상세 연구, ⑤ 밀집성의 질량유입 및 방출연구 - 백색왜성 쌍성 BG CMi의 X-선 방출특성 규명.연구성과 본 연구에서는 부착원반에서 점성 유체를 시뮬레이션 하는데 사용하기 위한 코드 및 강한 중력하에서 상대론적으로 운동하는 유체를 시뮬레이션 하는데 사용하기 위한 상대론적 유체역학 코드를 개발하였다. 부착원반에서 점성 유체를 시뮬레이션하기 위한 코드를 사용하여, 블랙홀 주변에서 초음속 물질 유입에 관한 1차원 및 2차원 시뮬레이션을 수행하였다. 이 시뮬레이션에서는 2차원에서도 초음속 물질 유입은 동역학적 불안정성을 야기함을 보였다. 상대론적으로 운동하는 유체를 시뮬레이션하기 위한 코드를 사용하여, 블랙홀로 부터의 상대론적 제트의 시뮬레이션을 수행하였다. 이 시뮬레이션에서는 이런 제트에서 상대론적 효과가 중요하며, 그리고 정확한 상태 방정식을 사용해야함으로 보였다. 그리고 해석학적 접근 방법을 통해 블랙홀 주변 부착원반과 제트의 물리기작 규명을 위한 모델 계산도 수행하였다. 또한 거대블랙홀을 중심에 포함하고 있는 시퍼트은하 MCG-2-58-22의 X-선 스펙트럼과 이 시스템에서 간헐적으로 일어나는 플레어와 어떠한 연관성을 갖는지 분석하였으며, MCG-2-58-22의 고유 스펙트럼이 플레어에 의해 거의 영향을 받지 않는다는 사실도 규명하였다. AE
Aqr에 대한 X-선 관측 데이터분석을 통해, 백색왜성으로 유입된 물질의 대부분을 회전하는 백색왜성의 자기권이 밀쳐내는, 프로펠러가 이 시스템에서 동작함을 밝혀냈다. 그럼에도 불구하고 적은양의 (3% - 4%) 물질은 백색왜성의 자기극 표면으로 흘러들어가야만 한다는 사실도 밝혀냈다. 그리고 AE Aqr과 유사한 특성을 보이고 있으며 같은 자기격변 변광성으로 분류되고 있는 BG CMi의 X-선 관측자료 분석을 통해, 왜 이들이 통상적인 자기격변 변광성들과 다른 스펙트럼을 보이는지를 이해하였다.

Abstract ▼

We study accretion, shock waves and jets around black holes and compact stars (neutron stars and white dwarfs) through analytic approach and numerical simulations. Specifically, the dynamics and properties of supersonic and subsonic flows as well as relativistic flows are explored. Finally, through

We study accretion, shock waves and jets around black holes and compact stars (neutron stars and white dwarfs) through analytic approach and numerical simulations. Specifically, the dynamics and properties of supersonic and subsonic flows as well as relativistic flows are explored. Finally, through observations and comparison with observations, we try to understand the ‘global picture’ of physical processes black holes and compact stars.
We develop a simulation code, specifically designed for the study of accretion and related phenomena around back holes and compact stars, as well as a code to simulate relativistic flows. Through simulations using the codes as well as analytic approachs and observations, we study the following subjects. First years: ① development of a high-accuracy, multi-dimensional code with viscosity, ② development of a relativistic hydrodynamic code, ③ evolution of jets ejected from super-mass black holes, ④ observational appearance of neutron stars in the state of subsonic propeller and white dwarfs in the state of
ejector, ⑤ analysis of the XMM-Newton data of cataclysmic variable AE Aquarii. Second year: ① 2d simulations for the dynamics of a Bondi-ADAF accretion disk around black holes, ② further test and upgrade of the relativistic
hydrodynamic code, ③ generation of jets from accretion disks around black holes, ④ mass accretion of the Seyfert galaxy MCG-2-58-22, ⑤ high-energy particle emission in the magnetic cataclysmic variable AE Aqr. Third year: ① further detailed simulations of supersonic accretion on to black holes, ② 2d and 3d relativistic around black holes, ③ incorporation of general relativity into the relativistic hydrodynamic code, ④ detailed studies of accretion and jet around black holes, ⑤ analysis of the X-ray data of the magnetic cataclysmic variable BG CMi.
The developments of a code for the study of viscous accretion flows and related phenomena as well as a relativistic hydrodynamic code were done. Using the code for the study of viscous accretion flows, 2d simulations were performed for the dynamics of a Bondi-ADAF accretion disk around black holes. The simulations showed that the supersonic accretions onto black holes accompany a dynamical instability. Using the relativistic hydrodynamic code, relativistic jets around black holes were simulated. The simulations showed that the relativistic effects are important and also the usage of the correct equation of state is important. Also the generation of jets from accretion disks around black holes and the relation between jets and accretion disks were studied using analytic approaches. In addition through analytic approaches, the relation between accretion and ejection around black holes was investigated. The energy spectra of MCG-2-58-22 associated with occasional flares which appear in a long-term X-ray light curve were analyzed. The results revealed
that the intrinsic spectral slope of MCG-2-58-22 is not significantly affected by the flux variation of the flares. The observational study on AE Aqr revealed that
most of the Roche lobe overflowed matter does not accrete onto the white dwarf surface, indicating that a propeller is operating in this system. Nonetheless, a small amount of the matter (3% - 4%) must be accreted onto the surface in order to explain the pulsed flux. Finally the X-ray emission properties of the magnetic cataclysmic variable BG CMi was analyzed in details.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문...4
• 2. 영문요약문...5
• Ⅲ. 연구내용 및 결과...6
• 1. 서론...6
• 2. 연구방법 및 이론...10
• 3. 결과 및 고찰...11
• 4. 결론...46
• 5. 인용문헌...47
• 6. 연구성과...49