Time structure of the average rotation measure for accretion disk in shearing box approximation

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Temporal structure of the average rotation measure and the evolution of energetic characteristics of accretion disk in a shearing box approximation are considered. The temporal structure of rotation measure consists of both low- and high-frequency alternating sign oscillations. The mechanisms responsible for these oscillations and their connection with the disk dynamo are discussed. The 2D distributions and the vertical structure of rotation measure and magnetic energy are analysed for times corresponding to extrema and close to zero values of rotation measure. It is shown that the extrema of rotation measure are formed on account of several individual turbulent structures with large amplitudes that are related to magnetorotational and Parker instabilities. It is found that the spatial locations of these structures correspond to areas with high local magnetic energy. The possibility of estimating the period of disk dynamo using measurements of rotation measure is discussed. Cases of Sgr A* and M87* are considered.

About the authors

M. A. Buldakov

Astro Space Center, P. N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: buldakov@phystech.edu
Russian Federation, Moscow

A. S. Andrianov

Astro Space Center, P. N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences

Email: buldakov@phystech.edu
Russian Federation, Moscow

References

  1. N. I. Shakura and R. A. Sunyaev, Astron. and Astrophys. 24, 337 (1973).
  2. D. Lynden-Bell and J. E. Pringle, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 168, 603 (1974).
  3. S. A. Balbus and J. F. Hawley, Rev. Modern Physics 70(1), 1 (1998).
  4. M. C. Begelman, N. Scepi, and J. Dexter, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 511(2), 2040 (2022).
  5. B. R. Ryan, C. F. Gammie, S. Fromang, and P. Kestener, 840(1), id. 6 (2017).
  6. U. Das, M. C. Begelman, and G. Lesur, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 473(2), 2791 (2018).
  7. S. A. Balbus and J. F. Hawley, 376, 214 (1991).
  8. J. F. Hawley and S. A. Balbus, 376, 223 (1991).
  9. E. P. Velikhov, JETP 9, 995 (1959).
  10. S. Chandrasekhar, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 46(2), 253 (1960).
  11. J. C. McKinney, A. Tchekhovskoy, and R. D. Blandford, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 423(4), 3083 (2012).
  12. M. D. Marshall, M. J. Avara, and J. C. McKinney, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 478(2), 1837 (2018).
  13. R. Wielebinski, J. Astron. History and Heritage 15(2), 76 (2012).
  14. C. Y. Kuo, K. Asada, R. Rao, M. Nakamura, et al., Astrophys. J. Letters 783(2), id. L33 (2014).
  15. Y.-P. Li, F. Yuan, and F.-G. Xie, 830(2), id. 78 (2016).
  16. A. Ricarte, B. S. Prather, G. N. Wong, R. Narayan, C. Gammie, and M. D. Johnson, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 498(4), 5468 (2020).
  17. F. Govoni, K. Dolag, M. Murgia, L. Feretti, et al., Astron. and Astrophys. 522, id. A105 (2010).
  18. G. B. Taylor, J. Ge, and C. P. O’Dea, Astron. J. 110, 522 (1995).
  19. J. L. Han, R. N. Manchester, W. van Straten, and P. Demorest, Astrophys. J. Suppl. 234(1), id. 11 (2018).
  20. J. M. Weisberg, J. M. Cordes, B. Kuan, K. E. Devine, J. T. Green, and D. C. Backer, Astrophys. J. Suppl. 150(1), 317 (2004).
  21. C. L. Van Eck, J. C. Brown, A. Ordog, R. Kothes, et al., Astrophys. J. Suppl. 253(2), id. 48 (2021).
  22. N. C. Raycheva, M. Haverkorn, S. Ideguchi, J. M. Stil, et al., Astron. and Astrophys. 663, id. A170 (2022) .
  23. R. T. Zavala and G. B. Taylor, 566(1), L9 (2002).
  24. J. Park, K. Hada, M. Kino, M. Nakamura, H. Ro, and S. Trippe, 871(2), id. 257 (2019).
  25. F. Yuan, H. Wang, and H. Yang, 924(2), id. 124 (2022).
  26. R. D. Nan, H. Y. Zhang, D. C. Gabuzda, J. S. Ping, R. T. Schilizzi, W. W. Tian, and M. Inoue, Astron. and Astrophys. 357, 891 (2000).
  27. G. C. Bower, M. C. H. Wright, H. Falcke, and D. C. Backer, 588(1), 331 (2003).
  28. D. P. Marrone, J. M. Moran, J.-H. Zhao, and R. Rao, 654(1), L57 (2007).
  29. J.-Y. Kim, T. P. Krichbaum, A. P. Marscher, S. G. Jorstad, et al., Astron. and Astrophys. 622, id. A196 (2019).
  30. R. L. Plambeck, G. C. Bower, R. Rao, D. P. Marrone, et al., 797(1), id. 66 (2014).
  31. M. Wielgus, S. Issaoun, I. Marti-Vidal, R. Emami, M. Moscibrodzka, C. D. Brinkerink, C. Goddi, and E. Fomalont, Astron. and Astrophys. 682, id. A97 (2024).
  32. M. Villenave, F. Ménard, W. R. F. Dent, G. Duchêne, et al., Astron. and Astrophys. 642, id. A164 (2020).
  33. J. Hashimoto, T. Muto, R. Dong, Y. Hasegawa, N. van der Marel, M. Tamura, M. Takami, and M. Momose, 908(2), id. 250 (2021).
  34. F. Louvet, C. Dougados, S. Cabrit, A. Hales, et al., Astron. and Astrophys. 596, id. A88 (2016).
  35. T.-H. Hsieh, N. Hirano, A. Belloche, C.-F. Lee, Y. Aso, and S.-P. Lai, 871(1), id. 100 (2019).
  36. S. Richling and H. W. Yorke, 539(1), 258 (2000).
  37. A.A. Boyarchuk, B. M. Shustov, I. S. Savanov, M. E. Sachkov, et al., Astron. Rep. 60(1), 1 (2016).
  38. Y. Io and T. K. Suzuki, 780(1), id. 46 (2014).
  39. C. J. Bambic, E. Quataert, and M. W. Kunz, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 527(2), 2895 (2024).
  40. T. K. Suzuki, M. Ogihara, A. Morbidelli, A. Crida, and T. Guillot, Astron. and Astrophys. 596, id. A74 (2016).
  41. P. C. Tribble, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 250, 726 (1991).
  42. J. A. Eilek, Astron. J. 98, 244 (1989).
  43. J. A. Eilek, Astron. J. 98, 256 (1989).
  44. M. S. Nakwacki, G. Kowal, R. Santos-Lima, E. M. de Gouveia Dal Pino, and D. A. Falceta-Gonçalves, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 455(4), 3702 (2016).
  45. R. Santos-Lima, E. M. de Gouveia Dal Pino, D. A. Falceta-Gonçalves, M. S. Nakwacki, and G. Kowal, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 465(4), 4866 (2017).
  46. A.Y. L. On, J. Y. H. Chan, K. Wu, C. J. Saxton, and L. van Driel-Gesztelyi, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 490(2), 1697 (2019).
  47. H. N. Latter, S. Fromang, and O. Gressel, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 406(2), 848 (2010).
  48. J. F. Hawley, S. A. Richers, X. Guan, and J. H. Krolik, 772(2), id. 102 (2013).
  49. G. Lesur and P.-Y. Longaretti, Astron. And Astrophys. 504(2), 309 (2009).
  50. K. Hirai, Y. Katoh, N. Terada, and S. Kawai, 853(2), id. 174 (2018).
  51. A.Riols, F. Rincon, C. Cossu, G. Lesur, G. I. Ogilvie, and P.-Y. Longaretti, Astron. and Astrophys. 598, id. A87 (2017).
  52. J. D. Hogg and C. S. Reynolds, 861(1), id. 24 (2018).
  53. P. Dhang and P. Sharma, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 482(1), 848 (2019).
  54. J. F. Hawley, C. F. Gammie, and S. A. Balbus, 440, 742 (1995).
  55. G. Bodo, F. Cattaneo, A. Mignone, and P. Rossi, Astrophys. J. Letters 787(1), id. L13 (2014).
  56. A. Mignone, G. Bodo, S. Massaglia, T. Matsakos, O. Tesileanu, C. Zanni, and A. Ferrari, Astrophys. J. Suppl. 170(1), 228 (2007).
  57. L. E. Held and G. Mamatsashvili, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 517(2), 2309 (2022).
  58. G. Bodo, F. Cattaneo, A. Mignone, and P. Rossi, 761(2), id. 116 (2012).
  59. A. S. Hales, S. Pérez, C. Gonzalez-Ruilova, L. A. Cieza, et al., 900(1), id. 7 (2020).
  60. F. Bacchini, L. Arzamasskiy, V. Zhdankin, G. R. Werner, M. C. Begelman, and D. A. Uzdensky, 938(1), id. 86 (2022) .
  61. Y.-F. Jiang, S. W. Davis, and J. M. Stone, 827(1), id. 10 (2016).
  62. Y.-X. Chen, Y.-F. Jiang, J. Goodman, and E. C. Ostriker, 948(2), id. 120 (2023).
  63. F. Pucci, K. Tomida, J. Stone, S. Takasao, H. Ji, and S. Okamura, 907(1), id. 13 (2021) .
  64. R. Yellin-Bergovoy, O. M. Umurhan, and E. Heifetz, Geophys. and Astrophys. Fluid Dyn. 115(5-6), 674 (2021).
  65. J. B. Simon, G. Lesur, M. W. Kunz, and P. J. Armitage, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 454(1), 1117 (2015) .
  66. K. A. Sorathia, C. S. Reynolds, J. M. Stone, and K. Beckwith, 749(2), id. 189 (2012) .
  67. D. W. Pesce, D. C. M. Palumbo, R. Narayan, L. Blackburn, et al., 923(2), id. 260 (2021) .
  68. K. I. Öberg, V. V. Guzmán, C. Walsh, Y. Aikawa, et al., Astrophys. J. Suppl. 257(1), id. 1 (2021).
  69. T. Tsukagoshi, H. Nomura, T. Muto, R. Kawabe, et al., 928(1), id. 49 (2022) .
  70. M. Ansdell, J. P. Williams, L. Trapman, S. E. van Terwisga, et al., 859(1), id. 21 (2018) .
  71. X.-N. Bai and J. M. Stone, 767(1), id. 30 (2013) .
  72. J. M. Stone, J. F. Hawley, C. F. Gammie, and S. A. Balbus, 463, 656 (1996).
  73. K. Sai, Y. Katoh, N. Terada, and T. Ono, 767(2), id. 165 (2013).
  74. M. C. Begelman and J. E. Pringle, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 375(3), 1070 (2007).
  75. K. A. Miller and J. M. Stone, 534(1), 398 (2000) .
  76. O. Gressel, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 405(1), 41 (2010) .
  77. O. Gressel and M. E. Pessah, 810(1), id. 59 (2015) .
  78. M. Flock, N. Dzyurkevich, H. Klahr, N. J. Turner, and Th. Henning, 735(2), id. 122 (2011) .
  79. T. K. Suzuki and S. Inutsuka, Astrophys. J. Letters 691(1), L49 (2009).
  80. J. Walker and S. Boldyrev, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 470(3), 2653 (2017).
  81. P. Bhat, F. Ebrahimi, and E. G. Blackman, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 462(1), 818 (2016).
  82. A. E. Dudorov and S. A. Khaibrakhmanov, Astron. Astrophys. Trans. 29(4), 429 (2016) .
  83. L. H. S. Kadowaki, E. M. De Gouveia Dal Pino, and J. M. Stone, 864(1), id. 52 (2018) .
  84. J. R. Najita and E. A. Bergin, 864(2), id. 168 (2018) .
  85. F. Nauman and E. G. Blackman, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 446(2), 2102 (2015).
  86. M. D. Johnson, K. Akiyama, L. Blackburn, K. L. Bouman, et al., Galaxies 11(3), 61 (2023).
  87. V. L. Fish, M. Shea, and K. Akiyama, Adv. Space Research 65(2), 821 (2020).
  88. S. Doeleman, L. Blackburn, J. Dexter, J. L. Gomez, et al., Bull. Amer. Astron. Soc. 51(7), id. 256 (2019) .
  89. A. Chael, M. D. Johnson, and A. Lupsasca, 918(1), id. 6 (2021).
  90. M. A. Brentjens and A. G. de Bruyn, Astron. and Astrophys. 441(3), 1217 (2005).
  91. G. Heald, in Cosmic Magnetic Fields: From Planets, to Stars and Galaxies, Proc. of the IAU, edited by K. G. Strassmeier, A. G. Kosovichev, J. E. Beckman, IAU Symposium 259, 591 (2009).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 The Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».