Relativistic MHD simulations of collision-induced magnetic dissipation in Poynting-flux-dominated jets/outflows
我们进行了三维相对论理想MHD模拟研究高$σ$(坡印廷磁通主导)团块之间的碰撞,其中包含极向和环向磁场分量。这是为了模拟一个高度可变的坡印廷通量占主导地位的射流内部的相互作用。我们发现一个显着的电磁场(EMF)的能量耗散与Alfvénic率与效率约35%。详细的分析表明,这种耗散主要是由碰撞引起的磁重联。附加的分辨率和参数的研究表明,一个强大的结果,相对电动势能量耗散效率几乎是独立的数值分辨率或大多数物理参数在相关的参数范围。在我们的模拟中的重联流出可能会形成多方位的相对论性的微型喷流所需要的几个分析模型。我们还发现,主要的电动势能量耗散过程之前和之后的$σ$值之间的线性关系。我们的研究结果支持提出的天体物理模型,调用显着的能量耗散耗散坡印廷通量占主导地位的喷流,如内部碰撞诱导的磁重联和湍流(ICMART)模型的伽玛暴,重联触发的活动星系核的微型喷流模型。
2015-01-29 astro-ph.HE
Enhanced MHD transport in astrophysical accretion flows: turbulence, winds and jets
天体物理吸积可以说是宇宙中最普遍的物理过程;它发生在单个恒星的诞生和死亡期间,并在整个星系的演化中起着关键作用。特别是在黑洞上的吸积,也是自然界中已知的最有效的机制,将高达40%的吸积静止质量能量转化为壮观的形式,如高能(X射线和伽马射线)发射和相对论喷流。虽然磁场被认为是最终负责这些现象,我们的微观物理的吸积流以及大规模的MHD外流的MHD湍流的理解仍然远远没有完成。我们提出了一个新的理论模型的天体物理磁盘吸积,认为增强垂直传输的动量和能量的MHD风和喷流,以及运输造成的MHD湍流。我们还描述了新的全球性的,三维模拟,我们目前正在开发的非理想的MHD效应可以解释如何小规模的,湍流场(产生的磁旋转不稳定性- MRI)可能会演变成大规模的,有序的领域,产生磁化电晕和/或射流的最高能量的现象必然起源的程度。
2009-12-09 astro-ph.HE
Outflow from Hot Accretion Flows
热吸积流的数值模拟表明,质量吸积率随着半径的减小而减小。两种模型被提出来解释这一结果。在绝热流入流出解(ADIOS)中,它被认为是由于流出中的气体损失。在对流主导的吸积流(CCEH)模型中,它被解释为因为气体被锁定在对流涡旋中。在本文中,我们使用流体动力学(HD)和磁流体动力学(MHD)模拟调查哪一个是物理的。我们计算和比较各种属性的流入(气体与向内的速度)和流出(气体与向外的速度)。结果表明,HD流动的出流温度高于入流温度,而MHD流动的出流比角动量远高于入流温度。我们还分析了MHD吸积流的对流稳定性,发现它们是稳定的。这些结果表明,系统的向内和向外运动必须存在,即,ADIOS模式备受青睐。流入和流出的不同性质还表明,在HD和MHD流中产生流出的机制分别是与对流相关的浮力和与磁场介导的角动量输运相关的离心力。后一种机制类似于Blandford & Payne机制,但这里不需要大规模的开放磁场。可能的观测应用进行了简要讨论。
2012-10-23 astro-ph.HE
Global dynamics of advection-dominated accretion flows with magnetically driven outflow
我们研究了具有磁驱动外流的对流主导吸积流(ADAF)的全球动力学。吸积流中的一部分气体被加速进入外流,导致吸积流中的质量吸积率向黑洞方向减小。我们发现,在ADAF的外部区域,与r相关的质量吸积率接近于对流主导的流入流出解(ADIOS)中所假设的幂律吸积率m_dot r^s,而在ADAF的内部区域,它明显偏离与r相关的幂律吸积率。结果发现,在外流的存在下,ADAF的结构发生了显着变化。在外流的存在下,ADAF中的离子和电子的温度降低,因为ADAF中释放的一部分引力被用来加速外流。
2009-08-24 astro-ph.HE
Thermal Equilibrium Solutions of Black Hole Accretion Flows: Outflows VS Advection
观测和数值模拟表明,在吸积过程中,外流现象普遍存在。我们重新审视的热平衡解决方案的黑洞吸积流包括流出的作用。我们的研究集中在外流冷却率与平流冷却率的比较。我们的结果表明,除了内部区域,外流可以占主导地位的平流在很大范围内的流动,这是很好的协议与以前的数值模拟。我们认为,一个对流为主的内部区域与外流为主的外部区域应该是一个一般的径向分布的超爱丁顿吸积流和光学薄流与低吸积率。
2022-04-07 astro-ph.HE
Tell-Tale Spectral Signatures of MHD-driven Ultra-Fast Outflows in AGNs
我们的目标是探索光谱特征的预测多离子不明飞行物的宽带X射线光谱的活动星系核(AGN)的背景下,利用一个简单的磁流体动力学(MHD)框架的吸积盘风模型。我们主要集中在检查光谱对一些关键属性的依赖性;(1)电离光度比$λ_{\rm ion}$,(2)视线风密度斜率$p$,(3)光学/紫外-X射线强度$α_{\rm OX}$,(4)倾角$θ$,(5)X射线光子指数$Γ$和(6)风密度因子$f_D$。重点是在亚爱丁顿政权的无线电安静塞弗茨,多离子UFO光谱系统地计算作为这些参数的函数,以显示MHD驱动的UFO印记一个独特的非对称吸收线轮廓与明显的蓝尾结构的平均。这种特征线签名是通用的简化MHD盘风模型在这项工作中,由于其特定的运动学和密度结构。这些吸收线轮廓的特性可以被用作诊断,以区分不同的风驱动机制,甚至是特定的MHD风参数的值。我们还提出了高保真度微量热计模拟,以预期即将推出的{ \it XRISM}/Resolve和{ \it Athena}/X-IFU仪器,以证明这种“指示”信号可能不受额外的热吸收剂和部分覆盖气体的光谱污染的影响。
2022-09-19 astro-ph.HE
GR-MHD disk winds and jets from black holes and resistive accretion disks
我们对薄吸积盘的外流进行了GR-MHD模拟。在非相对论的情况下,电阻率是盘风的质量负载所必需的。我们在理想的GR-MHD代码HARM 3D中实现了电阻率,扩展了以前的工作(Qian等人,2017,2018),用于更大的物理网格,更高的空间分辨率和更长的模拟时间。我们考虑一个最初薄,电阻盘围绕黑洞,由一个大规模的磁通量线程。随着系统的演化,外流从黑洞磁层和磁盘表面发射。我们主要关注盘流出,研究它们的MHD结构和能量输出,并与坡印廷主导的黑洞喷流进行比较。盘风包含两个组成部分--一个由环形磁场主导的快速组成部分和一个由极向场主导的较慢组成部分。盘风从亚阿尔夫文速度过渡到超阿尔夫文速度,达到速度$\simeq 0.1c$。我们提供了不同的自旋参数和电阻率水平的参数研究,并测量各自的质量和能量通量。更高的旋转加强了沿内部急流的$B_ϕ$主导的盘风。我们解开一个临界电阻率水平,导致最大的物质和能量输出两者,从重新连接和扩散之间的相互作用,这在组合管理的磁通量和质量负载。对于反向旋转的黑洞,流出结构显示出磁场反转。我们估计最内部的吸积流和它周围的外流结构的不透明度。这个流可能是临界不透明的透镜信号,而轴向喷流漏斗保持光学薄。
2019-07-24 astro-ph.HE
Acceleration and collimation of relativistic MHD disk winds
我们进行轴对称相对论磁流体动力学(MHD)模拟研究的加速和准直的射流和外流从磁盘周围紧凑的对象。基准盘表面(分别为一个缓慢的磁盘风)被规定为流出的边界条件。我们首次在相对论射流的背景下应用这种技术。这种方法的优点是,它允许我们进行参数研究,以研究吸积盘条件如何控制外流的形成。我们的模拟使用PLUTO代码运行500个内盘旋转和100 x200内盘半径的物理网格大小。在一般情况下,我们得到的准直光束的温和的相对论速度和质量加权的半开角为3-7度。当我们通过在进气道中注入额外的盘环向场来增加流出坡印廷通量时,洛伦兹因子达到6。这些流动获得超磁音速,并保持坡印亭通量占主导地位。流出磁层的轻表面倾向于垂直对齐-这意味着在流中有三个相对论性不同的区域-靠近喷流轴的内部亚相对论性域,(相当窄的)相对论性喷流和从外盘表面发射的周围亚相对论性流出-类似于目前讨论的渐近喷流传播和稳定性的脊鞘结构。外亚相对论盘风是一个很有希望的候选者的X射线吸收风,在许多无线电安静的活动星系核中观察到。
2009-12-14 astro-ph.HE
Formation and collimation of relativistic MHD jets - simulations and radio maps
我们目前的结果磁流体动力学(MHD)模拟射流的形成和传播,讨论了各种天体物理设置。在第一种方法中,我们考虑相对论MHD射流形成的模拟,考虑从开普勒盘的表面发射的射流,数值演示-第一次-相对论MHD射流的自准直能力。我们获得了高达约10的洛伦兹因子,同时获得了约1度的高度准直。然后,我们提出的同步辐射图计算的内在射流结构来自MHD射流形成模拟。最后,我们提出了(非相对论)MHD模拟射流发射,治疗吸积和喷射之间的过渡。这些设置包括一个物理磁扩散率,这是必不可少的加载吸积材料上流出。我们发现流出物中有相对较高的质量通量,约为吸积率的20- 40%。
2013-12-20 astro-ph.HE
Accretion Disk MHD Winds and Blazar Classification
费米伽玛射线空间望远镜对耀变体的观测表明,耀变体的伽玛射线谱指数与其同步辐射峰值频率$ν_{\rm{pk}}^{\rm{syn}}$之间存在很强的相关性;此外,这些源的康普顿优势率似乎也是$ν_{\rm{pk}}^{\rm{syn}}$的函数。在这项工作中,我们采用的假设,耀变体的非热辐射主要是由于辐射人口的费米加速电子在相对论外流(喷流)沿耀变体的吸积盘的对称轴。此外,我们假设康普顿组件是有关的光子,这是从粒子的磁流体动力学(MHD)风从吸积盘发出的散射的外部光子场。我们的结果再现了上述的基本观测趋势blazar分类通过改变只有一个参数,即质量吸积率到中央黑洞。
2018-10-03 astro-ph.HE
Numerical Simulation of Hot Accretion Flows (II): Nature, Origin, and Properties of Outflow and Their Possible Observational Applications
先前的流体动力学(HD)和磁流体动力学(MHD)的热吸积流的数值模拟表明,质量吸积率随半径的减小而减小。两种模型被提出来解释这一结果。在ADIOS模型中,吸积速率向内减小的原因是外流气体的损失。在Cubert模型中,假设气体被锁定在对流涡旋中,这导致吸积速率向内减小。我们用HD和MHD模拟研究了吸积率向内减小的性质。我们计算了各种性质的流入和流出,包括质量通量,径向和旋转速度,温度,和伯努利参数($Be$)。结果表明,入流和出流不是以对流湍流为主的,而是系统的向内和向外运动。我们还分析了MHD吸积流的对流稳定性,发现它们是对流稳定的。这些结果表明,ADIOS方案是有利的。流入和流出的不同性质也表明,在HD和MHD流中产生流出的机制分别是与磁场相关的浮力和离心力。后一种机制类似于Blandford & Payne机制。我们还研究了初始条件的影响。我们发现$Be$的值主要由初始条件的$Be$的值决定。我们讨论了我们的外流模型的一些可能的观测应用。这些观测包括在银河系中心观测到的费米泡,以及在活动星系核和黑洞X射线双星中广泛观测到的风。
2012-10-10 astro-ph.HE
Magnetically driven accretion disc winds: the role of gas thermodynamics and comparison to ultra-fast outflows
风通常在发光的活动星系核(AGN)中观测到。这些风的一个合理模型是磁流体动力学(MHD)盘风。对于薄吸积盘产生的盘风,这类MHD模型通常采用等温或绝热假设。在这项工作中,我们进行二维MHD模拟实施不同的热处理(等温,绝热和辐射),以研究它们对风从薄吸积盘的影响。我们发现,无论是等温模型和绝热模型高估了温度,低估了盘风的力量,并不能预测风的局部结构,通过求解能量方程与辐射冷却和加热得到的结果相比。基于辐射冷却和加热的模式,电离参数,柱密度和盘风的速度已经与观测到的超快外流(UFO)进行了比较。我们发现,在我们的模拟中,不明飞行物只能在史瓦西半径的数百范围内产生。在更大的半径范围内,没有发现不明飞行物。因此,纯MHD风不能解释所有观测到的不明飞行物。
2022-06-18 astro-ph.HE
Effects of Compton Cooling on outflows in a Two Component Accretion Flow around a Black Hole: Results of a Coupled Monte Carlo-TVD Simulation
利用耦合的Monte Carlo全变差递减程序研究了冷却对黑洞周围吸积盘流出速率的影响。的光谱状态和流出率之间的相关性被发现作为一个结果。
2013-07-28 astro-ph.HE
Evolution of MHD Torus and Mass Outflow Around Spinning AGN
本文通过二维MHD模拟研究了旋转AGN周围吸积流,发现MRI湍流使角动量趋近Keplerian分布,磁场增强显著提升质量外流率且呈正相关,但黑洞自旋对质量外流无显著影响。
2023-10-24 astro-ph.HE
Description of accretion induced outflows from ultra-luminous sources to under-luminous AGNs
利用一个新发展的盘-流耦合模型研究了黑洞/致密天体周围吸积诱导的外流和似然喷流的能量学。流出和吸积的相互联系的动力学本质上支持守恒定律。能量学强烈地依赖于粘度参数α和冷却因子f,它们表现出几个有趣的特征。在超爱丁顿吸积流的作用下,该模型可以再现超亮X射线双星(如SS 433)和高亮度活动星系核及类星体族的辐射热光度。在适当的条件下,低亮度活动星系核(如人马座A^*)也与f \to 1的亚爱丁顿吸积流的光度相当吻合。
2009-05-31 astro-ph.HE
Radiation Drag Effects in Black Hole Outflows from Super-critical Accretion Disks via Special Relativistic Radiation Magnetohydrodynamics Simulations
通过2.5维狭义相对论辐射磁流体动力学模拟,研究了超临界吸积盘和由辐射力发射的外流。我们发现辐射通量力加速了出流,但辐射阻力阻止了出流速度的增加。流出速度在围绕旋转轴的光速的30-40%左右饱和,从那时起通量力与拖曳力平衡。我们的模拟表明,在\dot{M}_{BH} ~ 100-1000 \dot{M}_{BH}/c^2的范围内,外流速度几乎保持恒定,其中\dot{M}_{BH}是质量吸积率,L_{Edd}是爱丁顿光度,c是光速。这样一个更快的流出被一个约0.1c的更慢的流出所包围。该速度也由辐射通量力和辐射阻力之间的力平衡确定。辐射阻力与洛伦兹力合作,使较慢的外流准直,尽管较快的外流主要由洛伦兹力准直。动能由较慢的流出而不是较快的流出携带。流出的总动力学光度以及光子光度为~ L_{Edd},几乎与质量吸积率无关。
2014-11-06 astro-ph.HE
2-D MHD Configurations for Accretion Disks Around Magnetized Stars
讨论了磁化致密天体周围稳定吸积盘形态的基本特征。比较了基于粘阻MHD的吸积标准模型与由极低电阻率触发的等离子体不稳定性,如气球模式。
2009-12-09 astro-ph.HE astro-ph.SR
Absorption lines from magnetically-driven winds in X-ray binaries
黑洞X射线双星(BHB)的高分辨率X射线谱显示了来自盘风的蓝移吸收线,这些盘风似乎是赤道的。风发生在爆发的较软(盘主导)状态,在较硬(幂律主导)状态不太突出或不存在。我们使用自相似磁流体动力学(MHD)吸积-喷射模型来解释BHB中的盘风。在我们的模型中,从吸积盘流出的底部的密度不是一个自由参数,而是通过求解动力学MHD方程组来确定的。因此,外流的物理性质是由盘的整体结构控制的。我们研究了不同的MHD解决方案,其特征在于不同的值(a)磁盘的纵横比($\varepsilon$)和(b)喷射效率($p$)。我们使用两种MHD解决方案,这取决于磁盘表面加热的存在(热解决方案)或不存在(冷解决方案)。这种加热可以来自例如由于盘中的MHD湍流引起的能量耗散或来自照明。我们使用这些MHD的解决方案来预测流出的物理参数,把限制的电离参数($ξ$),柱密度和时标,由观测结果的动机,从而选择区域内的流出是一致的,所观察到的风。冷MHD解决方案由于其低喷射效率而不能考虑风。但是,暖解可以解释观测到的风中物理量,因为它们可以有足够高的$p$值($\gtrsim 0.1$,意味着外流底部有更大的质量负荷)。进一步从我们对流出气体的热力学平衡曲线分析,我们发现在Hard状态下,$ξ$的范围是热力学不稳定的,并且必须被排除。这种约束使得在困难状态下根本不可能有任何风。
2015-12-30 astro-ph.HE
rHARM: Accretion and Ejection in Resistive GR-MHD
湍流磁扩散率对吸积盘和盘风的发射起着重要的作用。我们已经实现了磁扩散率,相应的电阻率在广义相对论MHD程序HARM。本文介绍了我们的实现,它的数值实现,我们的数值试验和初步应用的理论背景。新的代码rHARM的测试模拟相比,扩散方程的解析解和一个经典的激波管问题。我们进一步研究了磁扩散率范围内黑洞周围环面的磁旋转不稳定性(MRI)的演化。我们发现一个临界磁扩散率的迹象(我们的设置),超过没有MRI发展的线性制度,并为此吸积环面材料的黑洞被延迟。磁扩散薄吸积盘周围的史瓦西黑洞,是由一个大规模的极向磁场线程的初步模拟显示发射盘风的质量通量约50%的吸积率。磁盘磁扩散率允许有效的磁盘吸积,吸积的内部磁盘区域的质量水库,从而允许长期模拟风发射超过5000个时间单位。
2016-10-14 astro-ph.HE
Viscous and resistive accretion flows with radially self-similar and outflows
吸积流中外流的存在被观测和磁流体动力学(MHD)模拟所证实。本文研究了在电阻率和环形磁场存在下吸积流的外流。流中的能量耗散机制被假定为由于吸积流中的湍流引起的粘性和磁扩散率。还假设磁扩散率和运动粘度不是恒定的,并且随位置而变化,并且对它们使用$α$ -处方。从吸积盘流出的影响被认为是质量、角动量和能量的汇。自相似方法被用来解决的积分方程的行为的吸积流存在的外流。该解决方案代表了旋转更快并变得更冷的圆盘,以获得更强的流出。磁扩散系数的增加使表面密度和旋转速度降低,径向速度和温度升高。对本模型随磁场大小变化的研究表明,盘的旋转和吸积速度加快,温度升高,表面密度降低。圆盘厚度通过增加磁场或电阻率而增加,而圆盘由于流出而损失更多的质量和能量而变得更薄。
2012-02-14 astro-ph.HE
Black hole accretion disks with outflows II. Time dependent Green's function solutions in Newtonian gravity
School of Natural Sciences, Institute for Advanced Study(普林斯顿高等研究院自然科学学院)
本文提出在牛顿引力中,通过格林函数解研究具有喷流的黑洞吸积盘,揭示喷流对盘辐射亮度衰减、温度分布和吸积率变异性的影响。
2026-01-16 astro-ph.HE
MHD accretion-ejection: jets launched by a non-isotropic accretion disk dynamo. II. A dynamo tensor defined by the disk Coriolis number
天体物理喷流是从强磁化系统中发射出来的,强磁化系统中有一个围绕着中心物体的吸积盘。在这里,我们解决的问题,如何产生的吸积盘磁化和喷射发射所需的场结构。我们继续我们的工作,从文件I(Mattia & Fendt 2020 a),考虑一个非标量吸积盘平均场$α^2Ω$ -发电机的背景下,大规模磁盘喷流模拟。我们现在研究一个圆盘发电机,它遵循平均场发电机理论的解析解,基本上只基于一个参数,科里奥利数。因此,我们确认的发电机张量的各向异性作用在吸积盘,允许相关的电阻率和平均场发电机盘湍流。我们的新模型恢复了以前的模拟应用一个纯粹的径向初始字段,同时允许一个更稳定的演变与垂直分量的种子字段。我们还提出了磁盘发电机系数的强度和动力学参数的喷气发动机之间的相关性,并讨论了它们的影响所观察到的喷流量。
2020-08-03 astro-ph.HE
Magnetized Accretion Disks with Outflows for Changing-look AGNs
本研究基于数值模拟探讨磁压主导吸积盘结合外流对CL-AGNs快速变异性的解释,发现其可显著缩短吸积时标,为观测现象提供理论支撑。
2023-09-08 astro-ph.HE
Mechanism of Outflows in Accretion System: Advective Cooling Cannot Balance Viscous Heating?
基于无外流假设,我们在球坐标系中研究了稳态、轴对称、光学薄吸积流。通过比较垂直积分的对流冷却率和粘性加热率,我们发现,前者一般小于后者的30%,这表明对流冷却本身不能平衡粘性加热。因此,对于具有低吸积率的辐射低效流动,例如$\dot M \la 10^{-3} \dot M_{Edd}$,其中$\dot M_{Edd}$是爱丁顿吸积率,粘性加热率将大于对流冷却率和辐射冷却率之和。因此,在无流出假设下不能建立热平衡。因此,我们认为,在这种情况下,外流应该发生,并带走70%以上的热能所产生的粘性耗散。类似地,对于像$\dot M \ga 10 \dot M_{Edd}$这样吸积率极大的光学厚流,由于有限的平流和低效率的辐射冷却,也会发生外流。我们的结果可能有助于理解观测和数值模拟中发现的外流机制。
2014-11-14 astro-ph.HE
Effect of the flow composition on outflow rates from accretion discs around black holes
考虑垂直平衡吸积流模型,研究了黑洞周围吸积盘的外流行为。流出速率被发现是关键取决于流量组成。我们的方法是研究流出行为的函数流入周围的黑洞的状态方程,允许流是热相对论接近黑洞和非相对论远离黑洞。研究了激波弹射模型。一个纯粹的电子-正电子对流从来没有经历过激波跃迁,而一些重子(常见于外流和喷流中)的存在使得在流中有可能存在驻激波。可以得出结论,质子的存在是必要的流动,以显示流出行为。当质子数密度为电子数密度的27%时,流出速率最大。我们的结论是,一个纯粹的电子-正电子喷流是不可能形成的。
2013-10-01 astro-ph.HE
Outflow from unmagnetized shocked radiative transonic accretion disk around a black hole
Indian Institute of Science Education and Research Kolkata(印度科学教育研究所加尔各答分校);Center of Excellence in Space Sciences India, Indian Institute of Science Education and Research Kolkata(印度太空科学卓越中心,印度科学教育研究所加尔各答分校)
研究非旋转超大质量黑洞周围非磁化冲击吸积盘的出流,探讨无磁场情况下是否能产生持续的双极出流及终端速度。
2026-04-13 astro-ph.HE
X-ray evidence for the accretion disc-outflow connection in 3C 111
我们提出了三个朱雀XIS观测3C 111要求监测其超快流出的预测变化的频谱分析7天的时间尺度。我们在第一次观测中检测到电离铁发射线,在第二次观测中检测到蓝移吸收线,此时通量高出约30%。材料的位置被限制在<0.006pc的可变性。详细的模型支持的识别与电离的反射吸积盘在~20 - 100 r_g的黑洞和高度电离和大量的超快流出速度~0.1 c,分别。外流很可能是由辐射压力加速的,但不能排除额外的磁推力。测得的高流出率和机械能支持椎间盘流出可能具有重要反馈作用的说法。这项工作为射电响亮的活动星系核中吸积盘与外流的联系提供了第一个直接证据,可能也与喷流活动有关。
2011-08-30 astro-ph.HE
Accretion induced black hole spin up revised by numerical GR MHD simulations
我们通过数值模拟研究了吸积引起的黑洞的自旋上升。我们的方法是基于广义相对论磁流体动力学的缓慢旋转的流动在克尔度规,可能跨音速激波阵面可能形成。我们考虑了在吸积过程中黑洞质量和自旋的变化,这使得时空度规发生动力学演化。我们首先研究了非磁化的激波流动,同时考虑了气体中的磁场。这项研究的目的是验证高质量的黑洞是否可能产生大的自旋,即使在出生时,黑洞可能包含缓慢或适度旋转的核心。通过这种方式,我们对坍缩的大质量恒星的角动量的内容进行了限制。我们的研究还表明,激波前沿和磁场可能会阻止吸积,并限制爆炸超新星中的黑洞自旋。
2021-04-01 astro-ph.HE
Estimation of the mass outflow rates from viscous accretion discs
我们研究了黑洞周围的粘性吸积盘,以及所有可能的吸积解,包括激波吸积和无激波吸积分支。本文研究了激波驱动的黑洞粘性吸积盘双极外流。对于每一组边界条件,可以确定两个临界粘度参数$α_{cl}$和$α_{cu}$,在这两个参数内可能发生定常激波。绝热激波已被发现高达粘度参数$α=0.3$,而在耗散和质量损失的存在下,我们已经发现稳定激波高达$α=0.15$。质量流出率可能会随着圆盘参数的变化而增加或减少,通常约为质量流入率的几到10%。结果表明,在相同的外边界条件下,随着$α$的增大,激波阵面的距离减小。我们还表明,耗散的增加减少了热驱动后的冲击盘,因此,质量流出率下降到几个百分点。
2012-12-18 astro-ph.HE
Jet formation in GRBs: A semi-analytic model of MHD flow in Kerr geometry with realistic plasma injection
我们构造了一个克尔几何下的MHD流的半解析模型,它包含了通过中微子湮灭在穿过视界的磁场线上的能量加载。我们计算的双流结构的能量注入率的范围很广,并确定不同的操作制度。在低注入速率下,流出是由旋转的黑洞通过Blandford-Znajek机制提供动力的,而在高注入速率下,它是由沉积在磁场线上的等离子体的压力驱动的。在中间制度,这两个过程有助于外流的形成。量化负载的参数是在停滞半径以下注入的净功率与可以从黑洞磁性提取的最大功率之比。
2014-08-01 astro-ph.HE
The influence of outflow in supercritical accretion flows
利用自相似解求解了存在辐射力和外流的超临界吸积流的辐射流体动力学方程。与前人的研究相比,本文采用幂律函数形式的质量流入流量为$ \dot{M} \propto r^{s} $。当能量方程中包含辐射冷却项时,我们发现了$ s = 1 $。相应地,获得了相对于半径的有效温度分布为$ T_{\text{eff}} \varpropto r^{-1/2} $。此外,我们还研究了外流对吸积流动力学的影响。我们还计算了吸积流从盘表面发射的连续谱以及辐射光度。此外,我们的研究结果表明,平流参数,$ f $,强烈依赖于质量流入率。
2016-03-29 astro-ph.HE
MHD instabilities in accretion mounds - 1: 2D axisymmetric simulations
利用PLUTO MHD程序对高质量X射线双星(HMXB)中中子星上轴对称吸积丘的稳定性进行了二维MHD模拟。我们发现,土堆是稳定的交换不稳定性,但额外的质量不稳定的平衡。我们的模拟证实,吸积丘是不稳定的MHD不稳定性超过阈值质量。我们调查填充和空心土堆和后者也计算预期的回旋共振散射功能(CRSF)的配置文件。在比较CRSF从填充土堆在我们的早期工作中报道,空心土堆显示更广泛和更复杂的线轮廓。
2013-03-01 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Ray-tracing GR-MHD-generated Outflows from AGNs Hosting Thin Accretion Disks: An Analysis Approaching Horizon Scales
本研究通过电阻性GR-MHD模拟和射线追踪,分析薄吸积盘AGN在视界尺度上的辐射特性,发现高质量SMBH在230 GHz更光学薄,适合探测广义相对论效应,而低质量系统外流辐射更显著。
2025-05-22 astro-ph.HE
Spectral Energy Distribution of the inner accretion flow around Sgr A* -- Clue for a weak outflow in the innermost region
Sgr A* 是一个独特的实验室,用于详细研究低光度超大质量黑洞(SMBH)周围的吸积过程。最近的X射线观测允许空间分辨建模的排放从吸积流周围的SMBH,放置严格的约束的流量和光谱形状的吸积从内部区域与$r<10^3~r_g$,其中$r_g$是引力半径的黑洞。我们在这里提出的第一个建模的多波段光谱能量分布(SED)的内部区域,以更好地约束最里面的吸积流的物理条件。我们的建模使用马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)方法来拟合SED,占的限制在外部半径的$10^3~r_g$从早期的作品和吸积流的主导$30~r_g$的亚毫米凸块的吸积率。研究发现,不同的拟合方法对流出指数的拟合结果有很大的差异。如果只考虑SED中最亮的部分,即亚毫米级凸起,则外流指数约为0,而如果还包括低频无线电数据和X射线数据,则外流指数可能为0.37甚至更高。拟合结果差异较大,说明外流指数沿半径方向应是变化的,即在最外侧区域外流较强,而在最内侧区域外流较弱。这种弱的外流与数值模拟结果一致,并有可能更好地解释多频带SED。
2018-11-06 astro-ph.HE
Jet launching in resistive GR-MHD black hole - accretion disk systems
我们研究了黑洞源的相对论喷流的发射机制,特别是来自周围吸积盘的强风。盘风发射的数值研究--吸积-喷射转变的模拟--到目前为止几乎只针对非相对论系统进行。从这些模拟中,我们知道电阻率或磁扩散率在发射过程中起着重要作用。在这里,我们将这种治疗广义相对论磁流体力学(GR-MHD)应用电阻GR-MHD代码rHARM。我们的模型设置考虑一个薄的吸积盘线程由一个大规模的开放磁场。我们用不同的克尔参数、场强和扩散率水平进行了一系列的模拟。事实上,我们发现强大的磁盘风,然而,温和的相对论速度,后者最有可能是由于我们有限的计算域。此外,我们发现,磁扩散率降低吸积和喷射的效率,因为它削弱了磁盘风的磁杠杆臂的效率。环形磁场压力梯度是盘风的主要驱动力,但磁离心驱动也可能有贡献。在我们的模拟中,黑洞的旋转抑制了由于增强的环形磁场压力,似乎是由框架拖曳引起的吸积率。通过比较Blandford-Znajek驱动的中心脊和周围盘风的能量通量,我们发现盘风的总电磁能通量受总物质能通量的支配(因子为20)。物质流出的动能通量相对较小,与布兰德福德-兹纳杰克电磁能通量相当。
2018-04-25 astro-ph.HE
Unstable mass-outflows in geometrically thick accretion flows around black holes
黑洞周围的吸积流通常会导致质量外流,这种外流经常表现出不规则的行为。利用二维含时流体动力学计算,我们表明,在低角动量吸积流和平流主导吸积流等厚吸积流的情况下,质量外流是不稳定的。对于低角动量流动,当粘性参数$α$为$α\le 10^{-3}$时,赤道面上向内吸积的物质与沿旋转轴向外流出的气体发生相互作用,在两种流动的界面处形成离心支撑的斜激波。在激波内部产生的热的稀薄的团块向外边界生长,导致爆发性的物质外流。对流主导的吸积流最终形成一个圆环盘,其内缘位于$3R_{\rm g} \le r \le 6R_{\rm g}$,中心位于$6R_ {\rm g} \le r \le 10R_{\rm g}$,在圆环盘的内缘附近间歇性地形成一系列热团,并沿圆环盘的外表面生长。其结果是,亮度和质量流出率被不规则地调制,亮度增强10-40%,质量流出率增加几十倍。我们解释的不稳定性的流出是由于开尔文-亥姆霍兹不稳定性,检查理查森数的开尔文-亥姆霍兹标准的内部区域的流动。我们认为,Sgr A* 的耀斑现象可能是由不稳定的质量外流引起的。
2015-07-15 astro-ph.HE
Full 3-D MHD calculations of accretion flow Structure in magnetic cataclysmic variable stars with strong and complex magnetic fields
我们对激变变星中的流吸积进行了三维MHD计算,其中白矮星主星具有强而复杂的磁场。这些计算的动机是观察极;激变变量包含白矮星的磁场足够强,以防止形成一个吸积盘。因此,吸积流从L1点流出,直接撞击白矮星表面的一个或多个点。观测表明,在某些双星中,白矮星拥有复杂的(非偶极的)磁场。我们进行模拟的10个极性或相当于一个异步极性在10个不同的拍相位。我们的模型有一个以白矮星主星为中心的排列好的偶极加四极磁场。我们发现,对于一个足够强的四极分量的吸积点发生在磁赤道附近的模拟略少于一半,而极性吸积区是活跃的其余大部分的模拟。对于一个或两个配置;吸积在主导极地地区和赤道区同时发生。这是第一个三维MHD计算,以确认复杂的磁场的存在,在磁性CV。我们的结论是,这可能是很难观测确定,如果该领域是一个纯粹的偶极子或如果它是复杂的极性,但将有迹象表明,一些系统。具体来说,如果白矮星的自旋赤道(轨道平面)附近有一个吸积区,或者如果有两个或更多的吸积区不能用偶极磁场来拟合,那么应该考虑复杂的磁场。对于异步极,磁场约束预计将大大加强,复杂的场的几何形状,由于吸积流结构的变化作为自旋轨道拍相位的函数更清晰的指标。
2012-10-15 astro-ph.HE
MHD accretion-ejection: jets launched by a non-isotropic accretion disk dynamo. I. Validation and application of selected dynamo tensorial components
天体物理喷流是从强磁化系统中发射出来的,强磁化系统中有一个围绕着中心物体的吸积盘。喷流发射磁场的来源是吸积-抛射过程模拟中的一个悬而未决的问题。在这里,我们解决的问题,如何产生的吸积盘磁化和喷射发射所需的场结构。应用PLUTO程序,我们提出了第一个电阻MHD模拟喷射发射包括一个非标量吸积盘平均场$α^2Ω$发电机在大规模磁盘射流模拟的背景下。从本质上讲,我们发现$α_ϕ$ -发电机组件确定的极向磁场,这是严格相关的磁盘磁化的放大(并且,因此,影响喷射速度、质量和准直),而$α_R$和$α_θ$ -发电机组件触发在盘中形成多个反对齐的磁环,对盘-喷射系统的稳定性和动力学具有强烈的影响。特别地,这样的环触发发电机低效区的形成,其特征在于弱磁场,因此磁扩散率的值较低。发电机低效区的形成对射流质量、速度和准直性有很大的影响。此外,当与种子磁场的非径向分量相互作用时,$α$发电机的$θ$分量起关键作用。我们还提出了磁盘玩具发电机系数的强度和发动机的动力学参数之间的相关性。
2020-07-30 astro-ph.HE
Growth of massive black holes at high-z via accretion predominantly driven by magnetic outflows
由吸积超大质量黑洞(SMBH)提供能量的发光类星体已经在早期宇宙的$z \gtrsim 7.5$中被发现,这对种子黑洞质量和SMBH的快速增长都有很强的限制。在这项工作中,我们将探讨如何通过爱丁顿有限吸积主要由磁场外流驱动的SMBHs的增长。大部分的角动量和释放的引力能都可以被磁流出所带走,因此即使圆盘以亚爱丁顿光度辐射,黑洞(BH)的质量吸积率也可以很高。研究发现,在$z\gtrsim 7$发现的几十亿太阳质量的SMBH可能是通过混沌吸积而形成的,主要是由恒星质量BH的磁流出驱动的,当圆盘以中等亮度($\sim 0.5$ Eddington亮度)辐射时,有轻微的流出。我们发现,大多数SMBH的自旋在中等值的自旋参数$a_*$,这意味着只有一小部分类星体可能有射电喷流。
2019-10-09 astro-ph.HE
Simulations of Eccentricity Growth in Compact Binary Accretion Disks with MHD Turbulence
本文通过MHD模拟研究致密双星吸积盘的偏心率增长,发现MRI湍流不阻碍潮汐驱动的偏心率增长,但MHD盘向外扩展至共振半径远比alpha盘困难,揭示了盘破裂和过密环截断等关键差异。
2024-11-22 astro-ph.HE
An accretion disk-outflow model for hysteretic state transition in X-ray binaries
我们提出了一个平流主导吸积流(ADAF)与磁驱动外流的模型来解释在X射线双星(XRB)中观察到的滞后状态转变。当质量吸积率低于临界值时,发生从薄盘到ADAF的转变。ADAF的临界质量吸积率可以通过将平衡时标等同于ADAF的吸积时标来估计,这对它的径向速度是敏感的。薄圆盘的径向速度很小,这导致薄圆盘中的外场平流非常低效。ADAF存在于XRB的低/硬状态,与薄盘相比,它们的径向速度较大。ADAF可以有效地将外部场向内拖曳,因此可以形成穿过ADAF的强大尺度磁场,这可以加速ADAF中的一部分气体进入流出物。这样的流出可以从ADAF带走大量的角动量,这显著地增加了ADAF的径向速度。这导致高临界质量吸积率,低于该临界质量吸积率,具有磁流出的ADAF可以存活。计算结果表明,当气磁压力比为$β\sim 4$时,有磁流出的ADAF的临界亮度比常规ADAF的临界亮度高一个数量级.这可以自然地解释在XRB中观察到的滞后状态转变。
2016-01-20 astro-ph.HE
A two-zone emission model for Blazars and the role of Accretion Disk MHD winds
耀变体是一种射电大声活动星系核的子类,其相对论喷流指向观测者。它们表现出非热可变发射,这实际上延伸到整个电磁波谱。尽管有过多的多波长观测,耀变体喷流中发射的起源仍然是一个悬而未决的问题。在这项工作中,我们构建了一个两区轻子模型:粒子在一个小的区域内加速,并通过同步辐射和逆康普顿散射损失能量。因此,相对论电子逃逸到更大的区域,在那里,与吸积盘MHD风有关的环境光子场可能在伽马射线发射中起中心作用。这个模型解释了耀变体序列和更广泛的耀变体性质,正如费米观测所确定的那样,只改变一个参数,即中心黑洞的质量吸积率。平谱射电类星体有一个强的环境光子场,它们的伽马射线发射主要由更广泛的区域控制,而在BL Lac天体的情况下,可以忽略的环境光子使较小的区域占主导地位,即加速度。
2021-08-05 astro-ph.HE
The large-scale magnetic field of a thin accretion disk with outflows
穿过吸积盘的大尺度磁场在喷流/外流的发射中起着重要的作用。这个场可能是由周围环境(星际介质或伴星)中的等离子体从吸积盘中平流向内产生的。有人建议,外部磁场可以被有效地拖在一个薄磁盘与磁流出向内。我们构造了一个自洽的全球盘外流模型,其中大尺度场是由外场在盘内的平流形成的。外流被这个与盘共同旋转的场加速,这带走了盘的大部分角动量,使其结构与传统的粘性盘结构显着不同。我们发现,在磁盘的内部区域的磁场强度可以是几个数量级高于外部磁场强度的几何薄磁盘与$H/R \sim 0.1$,如果在磁盘的外缘的气体磁压力比$β_{\rm out} \sim 10^2 $。出流速度呈层状结构,它随着发射的半径而减小。从盘的内部区域流出的质量可以被加速到$ \sim 0.2-0.3$ c,流出的质量损失率是盘的外部半径处的质量吸积率的$ \sim 10 - 70\%$,这可以解释在一些活动星系核(AGN)中观察到的快速流出。
2019-01-29 astro-ph.HE
New Spectral State of Supercritical Accretion Flow with Comptonizing Outflow
超临界吸积流不可避免地产生辐射压力驱动的外流,这将康普顿上散射来自底层吸积流的软光子,从而产生硬发射。我们进行二维辐射流体动力学模拟的超临界吸积流和外流,将这种康普顿散射效应,并证明出现了一个新的硬光谱状态在更高的光子光度比薄盘状态。在这种状态下,随着光子亮度的增加,光子指数减小,硬发射的分数增加。对于近正面光源,当表观光子光度为${\sim}30L_{\rm E}$(其中$L_{\rm E}$为爱丁顿光度)时,康普顿$y$参数为单位数量级(因此光子指数将为$\sim 2$)。这解释了观测到的光谱硬化的ULX NGC 1313 X-2在其增亮阶段,从而支持超临界吸积到恒星质量的黑洞在这个ULX模型。
2009-04-27 astro-ph.HE
NGC 300 ULX1: spin evolution, super-Eddington accretion and outflows
NGC300 ULX 1是一颗超亮的X射线脉冲星,在短短4年时间里,它的自旋从大约126 s演化到不到20 s,这与稳定的质量吸积速率是一致的。在发现它之后,我们一直在用Swift/XRT和NICER监测该系统,以进一步研究它的性质。我们发现,即使观察到的系统的通量下降了$\gtrsim$ 20倍,自旋的速度几乎保持不变。一个可能的解释是,观测到的通量减少是由于外流或进动吸积盘造成的遮蔽物质吸收增加的结果。
2019-07-24 astro-ph.HE
A global solution to a slim accretion disk with radiation-driven outflows
薄盘的厚度取决于辐射力与黑洞重力垂直分量之间的平衡。结果表明,垂直重力随圆盘高度的增加而增加,当圆盘厚度超过某一临界值时,垂直重力随圆盘高度的增加而减小,这意味着当圆盘厚度超过某一临界值时,圆盘表面的气体可能被辐射力驱入外流.在这项工作中,我们得到了一个全球性的解决方案,一个薄盘辐射驱动的外流。我们发现,当吸积率$\dot{m} \gtrsim 1.78-1.91$($\dot{m}=\dot{M}/\dot{M}_{\rm Edd}$,和$\dot{M}_{\rm Edd}=L_{\rm Edd}/0.1c^2$)依赖于BH质量时,盘表面的外流被驱动,而当吸积率低于这个临界值时,盘表面的外流被抑制.质量吸积率随着半径的减小而减小,即使盘外缘的质量吸积率非常高,BH吞噬的气体的速率也总是限制在$\dot{m}_{\rm in}\sim 1.78-1.91$。这可能会限制早期宇宙中通过吸积而产生的大规模BH增长。由于外流的存在,有一个上限的辐射通量的磁盘,这导致饱和的连续光谱的磁盘在高能量带的外流。这可以通过类星体或/和BH X射线双星的观测来检验。
2019-09-17 astro-ph.HE
Long-Term Evolution of Collapsar: Mechanism of Outflow Production
本文给出了在伽马射线暴(GRBs)的Bracksar模型下旋转大质量恒星坍缩的二维流体动力学(HD)模拟和磁流体动力学(MHD)模拟的数值结果。在最近伽玛暴祖先演化计算的推动下,我们把重点放在较低的中心核的角动量比大多数在以前的研究中。通过进行特殊的相对论模拟,包括现实的状态方程和中微子冷却,我们遵循一个长期的演变缓慢旋转的Eksars到10秒,伴随着形成的喷流和吸积盘。我们发现这种外流可以由MHD过程和中微子过程发射。我们研究了这些喷流的性质,它是否能成为伽玛暴或仍然是原始的弱外流。
2009-12-20 astro-ph.HE
Strong surface outflows on accretion discs
为了解释在类新星变星中看到的稳定吸积盘的意外径向亮度分布,Nixon & Pringle(2019)提出,吸积能量通过强磁驱动的表面流向外重新分布。在本文中,我们注意到,“强大的,旋转盘风”中观察到的软状态的黑洞X射线双星,也在磁盘周围的磁化中子星在她的X-1,具有外流的性质,假设存在于类新星的可变吸积盘周围的白矮星。相关的性质是,流动不是风,而是,相反,约束流(以小于逃逸速度行进),在流动中的质量通量是在光盘吸积率的一个重要部分。
2020-03-03 astro-ph.HE
A magnetic accretion disk-outflow model for changing look active galactic nuclei
变貌活动星系核(CL)的变貌时间尺度通常为几年到几十年(有些甚至短于一年),比标准薄吸积盘的粘性时间尺度短得多。这意味着CL活动星系核的变化不能通过改变薄盘的质量吸积率来再现。在这项工作中,我们采用一个磁吸积盘流出模型来计算主要由磁流出驱动的盘的流入时间。在该模型中,圆盘中气体的大部分角动量被流出物带走,因此其径向速度可以显著高于传统粘性圆盘的径向速度。我们的计算表明,这种盘的流入时间与流出可以是几年到几十年左右。计算出的流出盘能谱与观测到的CL AGN Mrk 1018的低能态和高能态能谱都能很好地拟合。在高态下,这种有流出的圆盘的流入时间大约为5年,而在低态下,它变成了$\sim 20$年,这与Mrk 1018的观测结果大致一致。
2021-06-01 astro-ph.HE
Nucleosynthesis in the gamma-ray burst accretion disks and associated outflows
我们研究了由II型中微子形成的伽马射线暴(GRB)吸积盘和从这些盘发射的外流中的核合成。我们处理的吸积盘具有相对较低的吸积率:0.001 M_sun s^{-1} <~ Mdot <~ 0.01 M_sun s^{-1},因此它们主要是平流主导的。我们报道了在该盘中合成了几种不寻常的核,如~(31)P、~(39)K、~(43)Sc、~(35)Cl和钛、钒、铬、锰、铜等多种同位素。我们还证实,铁,钴,镍,氩,钙,硫和硅的同位素得到合成的磁盘,如以前的作者所示。这样合成的重元素中的大部分从盘中喷出,并在流出物中存活下来。事实上,在几个伽玛暴的X射线余辉中已经观察到许多这些重元素的发射线。
2013-02-13 astro-ph.HE
Backflow in simulated MHD accretion disks
我们进行电阻MHD模拟的吸积盘与α-粘度,吸积到一个旋转的恒星赋予一个磁偶极子。我们发现在强磁场和大电阻率的存在下,回流,并探讨了普朗特数的依赖关系。我们发现,在磁性的情况下,从恒星的距离在回流开始,停滞半径,是不同的比在流体动力学的情况下,回流表现出非平稳的行为。我们比较的结果与流体力学模拟。
2020-12-24 astro-ph.HE astro-ph.SR
A 2.5-dimensional viscous, resistive, advective magnetized accretion-outflow coupling in black hole systems: A higher order polynomial approximation. I
黑洞(BH)周围的吸积和流出的相关和耦合动力学基本上是由基本的守恒定律所支配的,因为流出从吸积区域提取物质、动量和能量。在这里,我们分析了一个强大的形式的2.5维粘性,电阻,对流磁化吸积流出耦合BH系统,在平均场磁流体动力学(MHD)制度。我们解决了完整的耦合MHD守恒方程组自洽,通过调用一个广义的多项式展开在二维。我们进行了一个临界分析的吸积流出区域,并提供了一个完整的准解析解的平流家庭。我们得到的物理合理的外流解决方案在高湍流粘度参数$α\, (\ge 0.3)$,并在一个减少的标度高度,磁应力压缩或挤压的流动区域。我们发现大尺度极向磁场$\bar B_P$的值随着吸积流几何厚度的增加而增强。另一方面,差动磁转矩($-r^2 \bar B_φ \bar B_z$)随着$\dot M$的增加而增加。随着$α$值的增加,$\bar B_P$、$-r^2 \bar B_φ \bar B_z$以及等离子体β $β_P$得到强烈增强,增强了垂直通量向外的输送。我们的解表明,在中等平流模式中,磁离心加速在径向吸积流中可能起主导作用,而在强平流模式中,热压力梯度可能在等离子体的垂直输运中起更大的作用。
2016-11-08 astro-ph.HE
Stratified Global MHD Models of Accretion Disks in Semi-Detached Binaries
我们提出的第一个全球磁流体动力学(MHD)模拟的结果吸积盘由罗氏瓣溢出,包括垂直分层,以调查的作用,螺旋冲击,磁旋转不稳定性(MRI),吸积流盘的结构和演化。我们的模型包括一个简单的气体热力学处理,轨道马赫数在磁盘的内边缘$M_{\rm in}$的5和10。我们发现质量吸积率在所有时间尺度上变化很大,只有马赫5模型达到一个明确的准稳态。对于马赫数10,该模型经历了一个由外向内的磁驱动吸积事件发生的时间尺度上的$\sim10$轨道周期的二进制。两种模型都表现出相对于二元平面倾斜的螺旋激波,它们的位置和倾斜度变化迅速。然而,这些冲击在赤道平面的时间平均位置是很好的拟合简单的线性模型。磁盘中的MRI湍流产生环形磁场图案(蝴蝶图),在某些情况下是不规则的,可能是由于与螺旋结构的相互作用。虽然我们的许多结果与当地的研究是很好的协议,我们发现一些功能(最显着的螺旋冲击相关)只能在全球模型,如这里研究。因此,虽然全球研究仍然是计算昂贵的-即使作为理想化的模型-他们是必不可少的(随着辐射传输和磁盘热力学更复杂的治疗),以促进我们的理解在二元系统中的吸积。
2020-10-03 astro-ph.HE
Properties of low angular momentum general relativistic MHD accretion flows around black holes
本文提出一种研究旋转黑洞周围GRMHD吸积流的新方法,在亚开普勒角动量和径向、环向磁场约束下构建多跨磁声速吸积解,并分析了磁通量与黑洞自旋对吸积流及热辐射的影响。
2025-03-09 astro-ph.HE