The role of Biermann battery mechanism in appearance of magnetic fields in accretion discs

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

At present, there is little doubt that accretion discs surrounding compact astrophysical objects such as black holes, white dwarfs and neutron stars may have magnetic field structures. Thus, they explain the transfer of angular momentum between different parts of the disc and some other processes. There are various ways to explain the occurrence of these magnetic fields. In this paper we study the possibility of generation of magnetic fields due to the Biermann battery mechanism. It is associated with radial flows of protons and electrons. Due to their different masses, they interact differently with the rotating medium, producing circular currents that generate magnetic fields. Previously, a similar process was studied for galactic discs and it was shown that the battery mechanism can generate initial magnetic fields in such objects. Here we discuss the action of the Biermann battery for accretion disks. This requires solving an integral equation of the second kind, which arises if we take into account the self-interaction of the magnetic field. It is shown that corresponding fields are quite significant and can play an important role in the evolution of magnetic fields in discs.

Full Text

Restricted Access

About the authors

R. R. Andreasyan

Ambartsumian Byurakan Astrophysical Observatory of NAS RA

Author for correspondence.
Email: astrep@pleiadesonline.com
Armenia, Byurakan

I. K. Marchevsky

Bauman Moscow State Technical University

Email: astrep@pleiadesonline.com
Russian Federation, Moscow

E. A. Mikhailov

Lomonosov Moscow State University; Lebedev Physical Institute of RAS

Email: astrep@pleiadesonline.com
Russian Federation, Moscow; Moscow

References

  1. N. I. Shakura and R. A. Sunyaev, Astron. and Astrophys. 337, 24 (1973).
  2. R. Tylenda, Acta Astronautica 31, 127 (1981).
  3. B.T. Gänsicke, T.R. Marsh, J. Southworth, and A. Rebassa-Mansergas, Science 314 (5807), 1908 (2006).
  4. S.H. Lubow, J.C.B. Papaloizou, and J.E. Pringle, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 267(2), 235 (1994).
  5. S. Okuzumi, T. Takeuchi, and T. Muto, 785(2), id. 127 (2014).
  6. U. Torkelsson and A. Brandenburg, Astron. and Astrophys. 283, 677 (1994).
  7. G. Rüdiger, D. Elstner, and T. F. Stepinski, Astron. and Astrophys. 298, 934 (1995).
  8. M. Reyes-Ruiz and T. F. Stepinski, Astron. and Astrophys. 342, 892 (1999).
  9. С. А. Молчанов, А. А. Рузмайкин, Д. Д. Соколов, Успехи физ. наук 145(4), 593 (1985).
  10. Я. Б. Зельдович, А. А. Рузмайкин, Д. Д. Соколов, Магнитные поля в астрофизике (Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Ин-т компьютерных исследований, 2006).
  11. Д. Д. Соколов, Успехи физ. наук 185(6), 643 (2015).
  12. D. Moss, D. Sokoloff, and V. Suleimanov, Astron. and Astrophys. 588, id. A18 (2016).
  13. D. Boneva, E. Mikhailov, M. Pashentseva, D. Sokoloff, Astron. and Astrophys. 652, id. A38 (2021).
  14. L. Biermann and A. Schlüter, Phys. Rev. 82(6), 863 (1951).
  15. Е.А. Михайлов, Р.Р. Андреасян, Астрон. журн. 98, 795 (2021).
  16. E.A. Mikhailov and R.R. Andreasyan, Open Astronomy 30(1), 127 (2021).
  17. R.R. Andreasyan, I.K. Marchevsky, V.E. Martynova, and E.A. Mikhailov, Comm. Byurakan Astrophys. Observ. 69, 274 (2022).
  18. E. Kravchenko, M. Giroletti, K. Hada, D.L. Meier, M. Nakamura, J. Park, and R.C. Walker, Astron. and Astrophys. 637, id. L6 (2020).
  19. R.D. Blandford and R.L. Znajek, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 179, 433 (1977).
  20. I.W. Roxburgh, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 132, 201 (1966).
  21. R.E. Pudritz and J. Silk, 342, 650 (1989).
  22. R.M. Kulsrud, R. Cen, J.P. Ostriker, and D. Ryu, 480, 481 (1997).
  23. N.Y. Gnedin, A. Ferrara, and E.G. Zweibel, 539, 505 (2000).
  24. H. Lesch, A. Crusius, R. Schlickeiser, and R. Wielebinsky, Astron. and Astrophys. 217, 99 (1989).
  25. T. Arshakian, R. Beck, M. Krause, and D. Sokoloff, Astron. and Astrophys. 494, 21 (2009).
  26. A. King, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. Letters 456(1), L109 (2016).
  27. В. Ф. Сулейманов, Г. В. Липунова, Н. И. Шакура, Астрон. журн. 84, 612 (2007).
  28. И.Е. Тамм, Основы теории электричества (М.: Физматлит, 2003.)
  29. Г. Альвен, К.-Г. Фельтхаммар, Космическая электродинамика (М.: Мир, 1967).
  30. Р.Р. Андреасян, Астрофизика 39(1), 111 (1996).
  31. К.С. Кузьмина, И.К. Марчевский, Прикладная математика и механика 83(3), 495 (2019).
  32. И.К. Марчевский, К.С. Сокол, Ю.А. Измайлова, Вестник МГТУ. Сер. Естественные науки 6, 33 (2022).
  33. И.К. Лифанов, Метод сингулярных интегральных уравнений и численный эксперимент (М.: ТОО Янус, 1995).
  34. Е.П. Велихов, ЖЭТФ 36, 1399 (1959).
  35. A. Brandenburg and K.J. Donner, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 288, L29 (1997).
  36. N. Shakura, K. Postnov, D. Kolesnikov, and G. Lipunova, Physics Uspekhi 66(12), 1262 (2023), arXiv:2210.15337 [astro-ph.HE].

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Schematic of Birman's battery mechanism. Electrons have a lower angular velocity than protons

Download (52KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Graph of the function F(χ)

Download (46KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Magnetic field for Rmin/Rmax = 0.02. The solid line corresponds to α = 102, the dashed line to α = 103

Download (61KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Magnetic field for Rmin/Rmax = 0.05. The solid line corresponds to α = 102, the dashed line to α = 103

Download (65KB)
Indexing metadata

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».