The Blandford-Znajek mechanism and emission from isolated accreting black holes
在磁场存在的情况下，旋转能量可以通过Blandford-Znajek机制从黑洞中提取。我们使用自相似平流为主的吸积（ADAF）模型来估计这种机制的效率黑洞吸积从几何厚的磁盘，在最近的磁流体动力学磁盘模拟的光，并表明，从电磁能量提取的功率超过吸积光度ADAF在足够低的吸积率。我们认为孤立的恒星质量的黑洞吸积从ISM的可探测性，并表明，任何快速旋转的孔的能量提取效率可以达到0.01。如果能量主要以伽马射线的形式辐射，那么估计的总光度将与一些EGRET源作为吸积孤立黑洞的初步鉴定相一致。我们讨论的重要性，从Blandford-Znajek机制的其他平流占主导地位的吸积流，特别是在低光度星系核的光谱发射。
1999-07-21 astro-ph
Blandford-Znajek process as a gamma ray burst central engine
我们调查的可能性，伽马射线暴是由一个中央引擎组成的黑洞与外部磁场支持周围的磁盘或环面。黑洞的转动能量可以通过电磁方式提取为坡印廷通量，这是Blandford和Znajek（1977）提出的一种机制。最近观察到的磁星表明，一些致密物体具有非常高的磁场，高达$10^{15}$ G，这是在GRB持续时间内提取能量所需的，即，在1000 s或更少。我们还证明了坡印廷通量基本上不需要由磁盘主导。
1999-05-28 astro-ph
On the Blandford - Znajek mechanism of the energy loss of a rotating black hole
本文讨论了用Grad-Shafranov方法研究黑洞磁层结构的问题。对于双跨音速流，在对创建区域中的边界条件的数量被示出为是足够的，以确定不仅是纵向电流，而且作为一个问题的解决方案的流的角速度。因此，能量损失是由粒子产生区的物理参数而不是由事件视界的“边界条件”决定的。
2000-04-03 astro-ph
Blandford-Znajek mechanism versus Penrose process
在理论发现后的三十年里，提取黑洞转动能量的Blandford-Znajek过程已经成为现代相对论天体物理学的基石之一。然而，长期以来，它的物理学并没有得到很好的理解，这也是事实，自20世纪90年代以来围绕它的争议就是明证。由于过去十年中许多理论家的努力，情况正在逐步改善。在这个演讲中，我试图以一种或多或少系统化、严谨而又相对简单的方式来解释这个过程的关键因素。一个特别注意的是支付的Blandford-Znajek和彭罗斯过程之间的异同。为此，我提出了能量逆流的概念。视界膜的概念被真空作为电磁活动介质的概念所取代。本文还讨论了黑洞能层中电磁波的负相速效应。
2008-04-11 astro-ph
Extracting energy from black holes: the relative importance of the Blandford-Znajek mechanism
我们批判性地评估的作用，布兰德福德Znajek机制的动力流出吸积盘喂养的黑洞。我们认为，没有理由假设穿过中心旋转黑洞的磁场与穿过圆盘中心区域的磁场在强度上有显著不同。在这种情况下，我们表明，从内部磁盘区域的电磁输出预计一般占主导地位，从孔。因此，黑洞的自旋（或不自旋）可能与系统预期的电磁功率输出无关。我们还指出，在一个标准的吸积盘的中心的极向场的强度一般被高估，并讨论的情况下，可能会引起更显着的中央极向场。
1998-09-08 astro-ph
"Meissner effect" and Blandford-Znajek mechanism in conductive black hole magnetospheres
轴对称磁场从快速旋转黑洞事件视界中的驱逐被认为是一种重要的天体物理效应，它可能会显著降低甚至抵消Blandford-Znajek机制为活动星系核和伽马射线暴中的相对论喷流提供动力的效率。然而，这种类似迈斯纳的效应被认为是在真空解决方案的黑洞电动力学，而布兰德福德Znajek机制与等离子体充满磁层。在本文中，我们认为，导电性显着改变轴对称电磁解的性质-即使是最大旋转克尔黑洞的磁场内的事件视界。此外，在Blandford-Znajek机制中，导致出射坡印亭通量的条件不存在于事件视界上，而是存在于黑洞能层内的任何地方。因此，迈斯纳效应不太可能在黑洞的天体物理学中引起人们的兴趣，至少不是以目前为止所提出的方式。这些结论得到了三种不同计算机程序的时变数值模拟结果的支持。测试问题涉及旋转参数范围从$a=0.999$到$a=1$的黑洞。纯电动力学模拟研究了无穷远均匀磁场中黑洞的导电磁层结构（Wald问题），磁流体力学模拟研究了吸积盘中的磁层结构.
2007-02-14 astro-ph
Higher Order Terms of Kerr Parameter for Blandford-Znajek Monopole Solution
Blandford-Znajek机制是利用电磁场提取黑洞转动能量的机制，是研究伽马射线暴等致密天体的核心动力学过程之一。这个机制的唯一已知的解析解是Kerr参数α到二阶项的微扰解。为了将Blandford-Znajek机制应用于快速旋转的黑洞，我们试图得到四阶微扰解.结果发现，矢量势的四阶项在无穷远处发散，这意味着微扰方法在离黑洞很远的地方失效。虽然由于四阶项无穷远边界条件未知，使得解存在一些不确定性，但我们可以导出从黑洞中提取的总能流的估计，直到a的四阶，而没有任何歧义。此外，通过对0<a<1的数值解与四阶解的比较，发现四阶解比二阶解更能再现数值结果。同时，由于四阶解在大α时与数值结果不匹配，我们得出结论，需要更多的高阶项来再现数值结果。
2008-02-07 astro-ph
Stellar explosions powered by the Blandford-Znajek mechanism
在这封信中，我们简要地描述了我们的数值研究的第一个结果的可能性磁起源的相对论喷流的长时间伽马射线爆发内的Bracksar的情况。我们使用轴对称的广义相对论磁流体动力学代码，利用一个现实的状态方程的恒星物质，考虑到冷却与中微子的排放，和能量损失，由于原子核的离解的大规模旋转恒星的崩溃到一个旋转的中心黑洞。中微子加热不包括在内。我们描述了一个特定的模型，其中的祖星磁场$B=10^{10}$ G的解决方案。该解表现出由波印廷主导的喷流驱动的强爆炸，其功率超过$2\times10^{51} {erg/s}$。喷流主要来自黑洞，它们通过Blandford-Znajek机制提供动力。模拟的全部细节以及参数研究的结果将在其他地方介绍。可从http://www.maths.leeds.ac.uk/~serguei/research/movies/anim.html下载大量模拟影片
2008-01-09 astro-ph
The Blandford-Znajek Process as a Centeral Engine for a Gamma Ray Burst
我们调查的可能性，伽马射线暴是由一个中央引擎组成的黑洞与外部磁场锚定在周围的磁盘或环面。能量来源是黑洞的旋转，并通过坡印廷通量以电磁方式提取，这是Blandford和Znajek（1997）首次提出的活动星系核机制。考虑到黑洞的最大旋转能量和电磁提取效率，我们发现黑洞的最大9%的静止质量可以转化为坡印廷流，即对于质量为M的黑洞，产生伽马射线暴的能量为1.6 × 10^{53}M/ M_{sun} erg。我们表明，在各种伽玛射线暴的情况下形成的黑洞可能包含所需的高角动量。为了在所需的时间\lsim 1000 s内从黑洞中提取能量，在黑洞附近需要10^{15}G的场。我们给出了一个例子，一个磁盘加场结构，既提供所需的领域，使坡印廷通量从孔占主导地位的磁盘。从而我们证明了所提取的坡印廷能不需要由盘主导，也不限于盘的结合能。这意味着Blandford-Znajek机制仍然是为伽马射线暴提供动力的一个很好的候选者。
1999-06-12 astro-ph
Observations of the Blandford-Znajek and the MHD Penrose processes in computer simulations of black hole magnetospheres
本文报道了克尔黑洞浸没在具有“均匀"磁场的稀薄等离子体中的轴对称相对论MHD模拟结果。长期的解决方案显示出显着不同的性质，从最近的Koide（2003）研究的初始瞬态阶段。能层内的磁场线的拓扑结构类似于赤道面上有强电流片的劈裂模型。更近距离的观察揭示了一个孤立的磁岛系统和正在进行的磁重联。在能层内部没有看到负流体动力学的“无穷大能量”区域，所谓的MHD彭罗斯过程不起作用。然而，黑洞的旋转能量继续通过Blandford和Znajek（1977）的纯电磁机制提取。然而，这并不伴随着从黑洞发展出强烈的相对论性外流。结合最近其他模拟的结果，这表明相对论性天体物理喷流的标准MHD模型存在潜在问题，如果它们仍然在距离中心黑洞几十个引力半径的距离处被观察到的话。
2005-01-27 astro-ph
A Class of Exact Solution to the Blandford-Znajek Process
我们分析的约束方程给出允许的解决方案，描述磁场和电流在无力磁层周围的旋转黑洞。利用物理允许的解决方案的能量和角动量通量的发散特性，我们得出结论，极向表面是独立的径向坐标为大值的$r$。利用这一事实和Znajek正则性条件，我们明确地导出了$r$独立极向面的约束方程所允许的所有可能的精确解，这些解是以电磁角速度函数$Ω= 1/a\sin^2θ$给出的，其中$a$是黑洞每单位质量的角动量。
2005-11-22 astro-ph gr-qc
A Toy Model for Blandford-Znajek Mechanism
研究了Blandford-Znajek机制的一个玩具模型：克尔黑洞，环形电流存在于围绕黑洞的薄圆盘中.环形电流产生极向磁场，穿过黑洞和圆盘。由于磁场与远处带电粒子的相互作用，黑洞和圆盘的旋转感应出电动势，可以为远处的天体物理负载供电。计算了黑洞和圆盘的能量。研究发现，在黑洞旋转和圆盘中电流分布的参数范围很广的情况下，圆盘的功率超过了黑洞的功率。还计算了黑洞和盘所提供的力矩。圆盘的扭矩与黑洞的扭矩相当。当圆盘失去角动量时，圆盘的质量逐渐向黑洞漂移并被吸积。最终，能量来自于吸积盘和黑洞之间的引力结合能，就像标准的吸积盘理论那样，而不是来自于黑洞的旋转能。这表明，布兰德福德-兹纳杰克机制在从旋转的薄圆盘黑洞中提取能量时可能效率较低。我们的简单模型的局限性和可能的改进值得未来的工作进行了讨论。
2000-01-10 astro-ph gr-qc
A Measurement of the Electromagnetic Luminosity of a Kerr Black Hole
一些活动星系核、微类星体和伽马射线暴可能是由快速旋转的黑洞的电磁制动提供动力的。我们研究这种可能性，通过轴对称的数值模拟的黑洞周围的磁化等离子体。等离子体由广义相对论磁流体力学方程描述，辐射的影响被忽略。对于$2000 G M/c^3$遵循演化，并且计算域从事件视界内部延伸到通常的$40 G M/c^2$。我们比较我们的结果，两个分析稳态模型，包括无力磁层的Blandford和Znajek。一路上，我们提出了一个独立的重新推导的Blandford-Znajek模型在克尔-Schild（地平线穿透）坐标。结果表明：（1）数值模型的低密度极区与Blandford-Znajek模型符合较好;（2）在Kerr-Schild坐标系下，我们的许多模型在视界上都有向外的坡印亭通量;（4）在我们的一个模型中，初始盘有净磁通量，在视界上有一个净向外角动量通量。最后，我们讨论了我们的模型的局限性，天体物理学的影响，以及未来的数值实验要解决的问题。
2004-04-26 astro-ph
Analytic Solutions to the Constraint Equation for a Force-Free Magnetosphere around a Kerr Black Hole
根据Komissarov（2004），一个静止的轴对称黑洞无力磁层的Blandford-Znajek约束方程是在一个3+1的绝对空间和时间公式中建立的。我们推导出一个解析解的场和电流的约束方程在远场极限，满足Znajek条件在事件视界。该解将慢旋转黑洞的Blandford-Znajek解推广到具有任意角动量的黑洞。能量和角动量的提取通过这个解决方案主要发生沿赤道平面。我们还提出了一个非物理的，反向射流的解决方案。
2005-09-06 astro-ph gr-qc
Baryonic pollution in gamma-ray bursts: the case of a magnetically driven wind emitted from a disk orbiting a stellar mass black hole
大多数伽马射线暴的中心引擎模型都涉及一个恒星质量的黑洞，周围是一个厚盘，形成于一个致密物体系统合并或大质量恒星坍缩之后。由黑洞吸积盘物质释放的能量，或由Blandford-Znajek机制提取的黑洞自身旋转释放的能量，为沿着系统轴的相对论风提供动力。需要几百个洛伦兹因子来解决风中的致密性问题，这意味着将巨大的能量注入到非常少量的物质中。布兰福德-兹纳杰克机制（Blandford-Znajek mechanism）是防止重子污染的最好方法，它的外流沿着固定在黑洞上的磁场，甚至可以在最初产生纯粹的轻子风。在本文中，我们更倾向于研究从盘的内部发出的风，那里的重子污染的风险要大得多，因为外流来自高密度区域。我们表明，这种风的重子负载敏感地依赖于磁盘的温度和磁场的几何形状和外流可以成为超相对论性（洛伦兹因子伽玛>100），只有在相当严格的条件下。相反，如果伽玛仍然保持统一的量级，那么从内盘发出的密集风可能有助于限制中心喷流，但也可能是布兰德福德-兹纳杰克机制的重子污染源。
2002-03-19 astro-ph
Electrodynamics of black hole magnetospheres
结合简单的分析参数的数值模拟是用来达到一些重要的结论的性质的Blandford-Znajek机制。我们表明，就像在彭罗斯机制和MHD模型的Punsly和Coroniti，在这个机制中的关键作用是由黑洞能层。极向电流是由引力感应电场驱动的，而引力感应电场不能被局部产生的对等离子体的电荷的静态分布屏蔽在能层内。与膜范式中的预期相反，能量和角动量不仅沿着穿透事件视界的磁场线提取，而且沿着穿透能层的所有场线提取。在相对于赤道面对称的偶极磁结构中，无力近似在能层内失效，在能层内沿着赤道面发展出强电流片。这个电流片在无穷远处向周围的无力磁层提供能量和角动量。Blandford-Znajek解被证明是渐近稳定的和因果的。Znajek所谓的水平边界条件是在快临界面的正则性条件。
2004-04-02 astro-ph
Magnetic Alignment Process : A New Mechanism for Extracting Energy from Rotating Black Holes
作为从Kerr黑洞中提取转动能量的Blandford-Znajek机制的补充或伴随过程，提出了磁对准过程，并将其作为类星体、活动星系核甚至伽玛暴的中心引擎的可行模型.与Blandford-Znajek机制中假设的旋转孔的自旋轴和磁场的渐近方向对齐的环境相反，这个新过程在它们通常不对齐时运行，这显然是更自然的情况可能发生。这两个过程发生的时间尺度和它们在地平线上释放的总辐射功率已被估计，并发现几乎是可比的。这可能意味着，在随机的非轴对称配置中，磁对准过程将首先操作，在此期间释放一些孔的旋转能量，并且在对准完成时，Blandford-Znajek机制可以跟随，并且孔的剩余旋转能量（如果有的话）将进一步释放。
2003-07-08 astro-ph gr-qc hep-th
Energy Extraction from Black Holes
在这个讲座中，我将介绍电磁Blandford-Znajek过程对黑洞的旋转能量提取和相对论喷流的产生。在对黑洞磁层电动力学作了一些基本的研究之后，我们利用视界上正则的Kerr-Schild坐标，得到了Blandford和Znajek的重要结果.在最后一部分中，我们简要介绍了最近的数值模拟结果的吸积流旋转黑洞，由此产生的大规模外流，并形成准直相对论射流与高洛伦兹因子。
2007-09-25 astro-ph gr-qc hep-ph
BZ-MC-BP Model for Jet Production from Black Hole Accretion Disc
在解释黑洞（BH）系统喷流产生的模型中，引入了三种激发大尺度磁场的能量机制，即，Blandford-Znajek（BZ）过程、磁耦合（MC）过程和Blandford-Payne（BP）过程。这些能量机制可以共存于BH吸积盘中，只要BH自旋和吸积盘处磁场变化的幂律指数大于某个临界值，这些能量机制就可以基于螺旋不稳定性约束的磁场位形.在这个模型中的射流是由BZ过程中的坡印亭通量制度和由BP过程中的磁流体制度，是一致的脊柱/鞘喷流结构中观察到的BH源的恒星和超大质量的大小。
2007-11-28 astro-ph
Energy Extraction from a Rotating Black Hole by Magnetic Reconnection in Ergosphere
我们从无穷远负能量的角度研究了旋转黑洞的能量提取机制。除了通过粒子裂变的Penrose过程，磁张力的Blandford-Znajek机制，和磁流体动力学Penrose过程，我们研究能量提取从黑洞引起的磁重联在能层。重联有效地重新分配了角动量，产生了负的能量增量。我们推导出一个条件的过程中操作在一个简单的情况下，等离子体是不可压缩的和磁能完全转换为等离子体动能本地。讨论了黑洞周围磁重联的天体物理情况。
2008-05-01 astro-ph
Magnetic Extraction of Spin Energy from a Black Hole
布兰德福德和兹纳杰克最初提出的磁场可以用来从黑洞中提取旋转能量的建议已经被提出了许多变化。提出了一种新的分类，这些变化，使他们可以考虑在一个系统的方式。“黑洞自旋下降”的定义更精确，区分了自旋参数a/M的减小与角动量a和转动动能的减小，M-M_i。提出了几个关键的物理问题：黑洞的“拉伸视界”能与外界交流吗？吸积盘会给中心的黑洞带来任何净磁通量吗？黑洞附近的磁场是否处处都是无力的？
2000-08-23 astro-ph
A model of the light curves of Gamma-Ray Bursts
基于Blandford-Znajek（BZ）过程和磁耦合（MC）过程共存的理论，利用旋进盘包围的极端Kerr黑洞（BH）解释了伽马射线暴（GRB）的光变曲线.光变曲线的整体形状和伽玛暴的持续时间被解释的BH地平线上的磁通量的半开角的演变，和复杂的时间结构调制的进动和章动的喷流由BZ过程。由于半开度角的演化，发射的时间分布呈现出快速上升和缓慢衰减的效果。该模型仅用六个自由参数就能很好地拟合几个伽玛暴的光变曲线。
2007-03-27 astro-ph
Making Clean Energy with a Kerr Black Hole: a Tokamak Model for Gamma-Ray Bursts
在本文中，我们提出了一个模型，使清洁能源与克尔黑洞。考虑一个克尔黑洞，有一个稠密的等离子体环围绕它旋转，环形电流在环表面流动，在环外产生极向磁场。在线圈的表面上，磁场平行于表面。环绕在圆环上的闭合磁场线将等离子体压缩并限制在圆环中，就像托卡马克的情况一样。虽然目前还不清楚这样的模型是否稳定，但我们研究了模型稳定的后果。当磁场足够强时，磁约束可以大大抑制环面上等离子体的重子污染，并在黑洞周围建立一个干净的正负电子对磁层。由于没有开放的磁场线穿过环面，也没有吸积，环面的功率为零。如果穿过黑洞的某些磁场是开放的并与负载相连，则可以通过Blandford-Znajek机制从Kerr黑洞中提取清洁的能量。该模型可能与伽马射线暴有关。由Blandford-Znajek机制产生的坡印廷通量中的能量被转换成黑洞周围磁层中电子-正电子对的动能，这产生了两个具有超高体积洛伦兹因子的电子-正电子对的反向喷流。喷流与星际介质碰撞并相互作用，可能产生伽马射线暴和余辉。
2000-08-02 astro-ph gr-qc
Kerr Parameters for Stellar Mass Black Holes and Their Consequences for GRBs and Hypernovae
最近对银河系中两个黑洞双星（Shafee et al. 2006）GRO J1655-40和4U 1543-47的克尔参数a* 的测量结果分别为a*=0.65-0.75和a*=0.75-0.85，与Lee et al.（2002）的预测值a*= 0.8吻合得很好。在本报告中，我们还注意到Lee等人（2002）预测80%的软X射线瞬态源的 * >0.5。当a* > 0.5时，布兰德福德-兹纳杰克公式中的最大可用能量给出了E > 3 x 10^{53}尔格，这比伽玛暴和超新星爆炸所需的能量大了几个数量级。我们认为软X射线瞬变是伽玛暴和超超新星的遗迹，但它们大多数是亚发光的，只能利用一小部分可用的转动能。
2008-06-23 astro-ph
Evolution characteristics of central black hole of magnetized accretion disc
考虑盘吸积与Blandford-Znajek过程（BZ过程）共存，研究了Kerr黑洞的演化特征. (i)用改进的等效电路导出了BZ过程和MC过程中旋转BH的能量提取率的统一表达式。(ii)在广义相对论和磁通量守恒的前提下，给出了黑洞视界上的角坐标与圆盘上的径向坐标之间的映射关系。(iii)详细比较了BZ工艺和MC工艺的功率和转矩。（4）利用BH演化的特征函数，讨论了BH演化的特征和能量提取效率。(v)在考虑上述能量机制共存的情况下，讨论了BH视界上的功率耗散和BH熵增加。
2002-09-27 astro-ph
Central engines of Gamma Ray Bursts. Magnetic mechanism in the collapsar model
在这项研究中，我们探讨的磁机制的超超新星和相对论喷流的长时间伽马射线暴内的恒星的情况。这是我们早期工作的延伸[1]。我们使用轴对称的广义相对论磁流体动力学代码，利用一个现实的状态方程，并考虑到冷却与中微子的发射和能量损失，由于原子核的解离跟踪到一个旋转的中央黑洞的大规模旋转恒星的崩溃。中微子加热不包括在内。我们描述了不同的黑洞旋转，质量吸积率，和祖先的磁场强度的解决方案。其中一些表现出强烈的爆炸驱动的坡印廷占主导地位的喷流的功率高达$12\times10^{51} {erg s}^{-1}$。这些喷流来自黑洞，并通过Blandford-Znajek机制提供动力。导出了爆炸的临时判据。可从http://www.maths.leeds.ac.uk/~serguei/research/movies/anim.html下载大量模拟影片
2008-09-08 astro-ph
Screw instability of the magnetic field connecting a rotating black hole with its surrounding disk
基于Blandford-Znajek（BZ）过程与磁耦合（MC）过程共存的模型（CEBZMC），讨论了旋转黑洞（BH）与其周围盘之间的磁场的螺旋不稳定性.基于对圆盘上磁场的极向分量和环向分量的计算，导出了CEBZMC状态下螺旋不稳定性的判据。该判据表明，当BH自旋和圆盘上磁场变化的幂律指数大于某个临界值时，将发生螺旋不稳定性。事实证明，不稳定性发生在盘上的某些临界半径之外。认为CEBZMC的状态总是伴随着螺旋失稳。此外，我们发现，螺旋不稳定性的贡献只有一小部分的磁提取能量从旋转BH。
2003-09-28 astro-ph
