黑洞磁吸積盤的結構、穩定性分析及套用

《黑洞磁吸積盤的結構、穩定性分析及套用》是依託廈門大學，由顧為民擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：黑洞磁吸積盤的結構、穩定性分析及套用
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：顧為民
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

數值模擬發現黑洞吸積盤中不僅存在紊亂的小尺度磁場，也可能存在較為有序的大尺度磁場。磁場對吸積流的壓強、粘滯、輻射等可產生重要貢獻，從而它有可能給吸積盤的結構和穩定性帶來實質性的改變。我們準備從磁吸積流的基本方程組出發，採用理論分析與數值計算相結合的方法，對黑洞磁吸積盤的整體結構、穩定性、高能輻射等展開一系列的研究。我們計畫分別對光學薄和光學厚兩種情形下的磁吸積盤進行研究。依據初步分析，對光學薄情形，我們預期可得到比徑移主導吸積流溫度低但輻射光度有所提升的磁吸積盤，它有可能解釋一些處於硬態且光度較高的X射線雙星。對光學厚情形，我們預期磁場對標準薄盤內區的熱不穩定性會有所抑制，從而發生熱不穩定所對應的質量吸積率將隨之提升。這有可能解釋一些處於軟態、高光度且穩定的X射線雙星，並有利於通過含時演化計算從處於高態和低態的光度比和周期比兩方面來解釋微類星體GRS 1915+105的準周期光變。

結題摘要

在過去的三年里，我們研究了黑洞磁吸積盤的結構和輻射，包括光子輻射主導和中微子輻射主導的盤。首先，我們用線性分析研究了磁吸積盤的熱穩定性。基於磁場隨溫度擾動的負反饋假定，我們發現熱穩定盤所對應的吸積率上限相比無磁場情形有顯著的提升，這可以解釋觀測到的高光度X射線雙星的穩定狀態。我們的模型也對為何僅有GRS 1915+105這個X射線雙星表現出熱不穩定的行為給出了一種可能的解釋。其次，我們採用線性分析含時演化的能量方程的方法，並藉助於垂向流體靜力學平衡和物態方程，研究了標準薄盤的物理量的漲落關係。我們發現一些數值模擬結果可以通過我們的線性分析結果來很好理解，例如磁場能量與輻射場能量之間的時延、功率譜關聯、相關性等。再則，我們研究了中微子冷卻吸積盤並考慮了吸積盤內區與中心黑洞的磁耦合。我們的結果顯示該磁耦合機制可以顯著提高中微子的湮滅光度。在此情形下，伽瑪暴瞬時輻射後的剩餘盤是足以提供觀測到的多數X射線耀發的能量。 此外，我們還在輻射壓支持的吸積盤的結構和對流穩定性、球狀星團里中等質量黑洞的存在性、吸積盤的熱穩定性、伽瑪暴的噴流進動所對應的引力波輻射等方面取得了一些研究進展。 在項目的執行期間，我們共發表了15篇SCI論文，其中12篇發表在ApJ、MNRAS和A&A上。