黑洞吸積盤熱不穩定性研究

《黑洞吸積盤熱不穩定性研究》是依託廈門大學，由薛力擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：黑洞吸積盤熱不穩定性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：薛力
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

本項目密切跟蹤國際黑洞吸積盤研究領域裡的各種磁流體數值模擬研究成果，並以這些成果作為理論修改的依據，圍繞著黑洞吸積盤熱不穩定性，特別是它的存在問題展開研究。我們研究的基本方案是將吸積盤理論的薄弱環節——粘滯描述假設——替換為根據數值模擬結果構造的粘滯應力演化方程。由於我們的方法是含時方法，我們的研究可以著重關注“模擬”吸積盤湍流的隨機性，並考察這種隨機性對熱不穩定性的影響。可以預期，我們的結果將有望對黑洞吸積盤的熱不穩定性存在與否的問題給出一個判斷，同時回答我們參考的數值模擬結果背後的物理機制問題。. 本項目的研究是以廈門大學天文學系多年在黑洞吸積盤方面的研究積澱為基礎，並得到了我們的國際合作者和其他活躍於國際黑洞吸積盤研究領域的一些專家學者的關注與支持。

結題摘要

本項目是以參考磁流體數值模擬結果來修正湍流粘滯應力描述，以試圖探討並解決黑洞吸積盤熱不穩定性的理論問題。粘滯描述是現有吸積盤理論的薄弱環節，我們通過參考國際上已有的數值模擬結果，歸納出經典alpha-p粘滯描述中缺失的某些湍流粘滯屬性的細節，將這些細節加入到我們的相對論含時一維吸積盤模型中去，考查這些新增的細節對吸積盤的影響。 經過本項目的探索，我們發現我們原構想的隨機擾動湍流粘滯並不能真正抑制住熱不穩定性的發生。但是我們在嘗試各種粘滯修改的過程中，發現我們的模型經歷了一種重要的高頻QPO振動——p-mode振動。我們根據計算得到的光變曲線，初步考查了這種振動的性質。我們發現這種振動與實際天文觀測到的黑洞X射線雙星的高頻QPO有不少相似之處。通過此項目研究，我們認為湍流粘滯的因果性對於解釋各種複雜的高頻QPO現象是十分必要的，為此我們引入了含時的粘滯方程來代替非因果的alpha-p粘滯描述。 同時，我們還用一個簡單的光變曲線疊加的方法說明了吸積盤的內部振動波傳播過程中的延遲效應會導致觀測者看到的振動與原始振動相去甚遠。這可能導致一個2:3的虛假QPO對出現在無窮遠觀測者的光變曲線中，儘管疊加前的兩條光變曲線並不是這樣的。這也意味著如果嚴格在廣義相對論下來考慮一個振動吸積盤的模擬觀測問題，得到的模擬光變曲線可能將十分有趣，將更加有利於通過高頻QPO探測黑洞的相對論效應的研究。這個實際可以做為我們的下一個研究課題。