Тороїдальнi структури в астрофiзичних об’єктах - Баннiкова, Олена Юрiївна; Bannikova, E.Yu. (Харків : Харкiвський нацiональний унiверситет імені В.Н. Каразіна, 2020)
Дисертацiя присвячена дослiдженню гравiтацiйних властивостей, стабiльностi, динамiки тороїдальних структур стосовно таких астрофiзичних об’єктiв, як активнi ядра галактик i кiльцевi галактики. На пiдставi отриманого нового виразу для гравiтацiйного потенцiалу тора показано, що зовнiшнiй потенцiал тора представляється потенцiалом нескiнченно тонкого кiльця тiєї ж маси аж до поверхнi тора, а вiдмiнностi iснують поблизу його осi симетрiї та залежать вiд геометричного параметра. Показано в межах задачi 𝑁 тiл, що самогравiтуючий товстий тор в полi центральної маси залишається стабiльним, а рiвноважний перетин має форму овалу з гаусовим розподiлом густини. Виявлено iснування областi некругових орбiт мiж окружнiстю Лагранжа та останньою стiйкою круговою орбiтою, що здатне пояснити спостережувану щiлину в розподiлi зоряної густини в кiльцевих галактиках. Виявлено новi аспекти ролi центральної маси в стабiльностi самогравiтуючого тора та показано, що у потенцiалi тора при наявностi центральної маси iснують як регулярнi, так i замкненi орбiти нових типiв. Показана можливiсть формування стiйкого тора Кеплера, який є узагальненням кеплерiвського диска. Побудовано динамiчну модель затiнюючого тора в активних ядрах галактик та показано, що спостережувану динамiку в ядрi сейфертiвської галактики NGC 1068 можна пояснити особливостями руху хмар в торi за рахунок ефектiв самогравiтацiї. Показано, що в гравiтацiйно-лiнзовiй системi ”центральна маса та 37 тор” формується одно, два або три кiльця Ейнштейна в залежностi вiд поверхневої густини в диску. Виявлена принципова рiзниця мiж динамiкою кiльцевих вихорiв в радiальному потоцi в 2D та 3D випадках. Показано, що спiральнiсть для вихору з закруткою (орбiтальним рухом) вiдрiзняється вiд вiдомої формули Моффата для зачеплених вихорiв. На пiдставi отриманого аналiтичного рiшення задачi динамiки кiльцевих вихорiв в радiальному потоцi у 2D та 3D випадках показано, що вихори прискорюються акрецiйним потоком та викидаються в протилежних напрямках.

There are astrophysical objects possessing toroidal (ring) structures. The most famous examples are ring galaxies and dusty tori in active galactic nuclei (AGNs). Such a torus is named obscuring torus and it is a reservoir of matter feeding an accretion disk. Therefore, it plays an essential role in the AGN activity. One of the key features of an obscuring torus is its geometrically thick shape. Different mechanisms were proposed that could explain the presence of vertical components of the matter velocity in the torus but this question remains open up to this time. The rotation curves of the nearest AGNs observed by the largest radio interferometers VLA and VLBI showed that the motion in the torus is non-Keplerian, i.e. the motion of matter is different from that in the disk. The first direct observations of a dusty torus in the nearest Seyfert galaxies (NGC 1068 and Circinus) were obtained with help of an optical VLT/MIDI interferometer. These observations and further analysis of the spectral energy distribution showed that the matter in the torus should be distributed in the form of clouds. In addition, it was confirmed that the obscuring torus is geometrically thick. A major breakthrough in the observations of these objects is associated with the millimeter interferometer ALMA, which allowed to obtain additional information on the dynamics of matter in the AGN central regions. The mass of the obscuring torus in AGNs can be a above or equal to the percent of the mass of the supermassive black hole. This means that the gravitational properties of the torus can be substantial and affect both its stability and the dynamics of the matter in its vicinity. Therefore, it is important to take into account the gravitational properties of the torus.
Toroidal structures in astrophysical objects
Keywords: NATURAL SCIENCES::Physics::Astronomy and astrophysics; активне ядро галактики; затiнюючий тор; кiльцевi галактики; гравiтацiйний потенцiал; тороїдальний вихор; гравiтацiйне лiнзування; задача 𝑁 тiл; active galactic nucleus; obscuring torus; ring galaxy; gravitational potential; toroidal vortex; gravitational lensing; 𝑁-body problem