GRMHD simulations of accretion onto Sgr A*: How important are radiative losses?
本文采用广义相对论磁流体动力学（GRMHD）方法对银河系中心人马座A *（Sgr A *）的超大质量黑洞的吸积流进行了数值模拟。模拟包括第一次辐射冷却过程（同步，韧致辐射，逆康普顿）自洽的动力学，使我们能够测试忽略所有冷却损失的建模中的Sgr A * 的常见简化。我们确认，对于Sgr A *，如果银河系中心的吸积速度低于~10 ^{-8} Msun/yr，即Mdot <10 ^{-7} Mdot_Edd，则忽略冷却损失是合理的近似。但在此极限以上，我们表明，辐射损失应考虑到显着差异出现在动力学和由此产生的光谱时，比较模拟与不冷却。这个极限意味着大多数附近的低光度活动星系核都处于应该考虑冷却的区域。进一步对银河系中心超大质量黑洞周围的轴对称气体吸积进行了参数研究。这种方法使我们能够调查一般的气体吸积的物理学，同时面对我们的结果与良好的研究和观察源，Sgr A *，作为一个测试案例。我们证实，吸积流和外流的性质是强烈依赖于初始几何的磁场。例如，我们发现，即使有非常高的自旋，也很难从带有多个单独的极向场环的圆盘中产生强大的外流。
2012-06-18 astro-ph.GA astro-ph.HE
A new equilibrium torus solution and GRMHD initial conditions
广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟为黑洞自旋测量、伽马射线暴和超大质量黑洞反馈提供了有影响力的模型。这些模拟中的许多都使用相同的初始条件：流体静力平衡的旋转环面。一个持续的问题是，模拟结果有时取决于初始环面的任意功能。例如，伯努利参数（与流出有关）似乎由初始环面的伯努利参数控制。在本文中，我们给出了一个新的平衡环面的解决方案，并描述了未来的两个应用。首先，它可以被用来作为一个更物理的初始条件比早期的环面解决方案的GRMHD模拟。其次，它可以与早期的环面解结合使用，以隔离依赖于初始条件的仿真结果。我们假设轴对称，一个理想气体状态方程，恒定熵，忽略自引力。我们固定一个角动量分布，并在克尔度规中求解相对论性欧拉方程。可以独立地调整环形的伯努利参数、旋转速率和几何厚度。我们的环面往往是更多的约束，并有一个更大的径向范围比早期的环面解决方案。虽然这篇论文是在准备中，几个GRMHD模拟出现在我们的平衡环的基础上。我们相信它将继续为未来的模拟提供一个更现实的起点。
2013-09-14 astro-ph.HE
Generalized general-relativistic magnetohydrodynamic equations for plasmas of active galactic nuclei in the era of the Event Horizon Telescope
广义相对论磁流体动力学（Generalized General-Relativistic Magnetohydrodynamic，简称GRMHD）方程已被用于研究特定的相对论等离子体现象，如相对论磁重联或非理想磁流体效应对波传播的影响。然而，广义欧姆定律中的“Theta”项，它表示组成等离子体的两种流体之间的能量交换，尚未在这些方程中确定。本文从广义相对论欧姆定律本身出发，确定了“Theta”项。这提供了广义GRMHD方程的封闭性，产生相对论等离子体方程的封闭系统。根据该方程组，我们揭示了非理想磁流体现象的特征尺度，阐明了理想GRMHD方程的适用条件。利用事件视界望远镜的观测数据，对M87 ~* 等离子体中非理想MHD现象的特征尺度进行了估算。
2020-08-01 astro-ph.HE
A Magnetic Unification of Merging Supermassive Black Hole Binaries
Institute of Science and Technology Austria (ISTA)（奥地利科学技术研究所）；Department of Astronomy, Columbia University（哥伦比亚大学天文学系）；Department of Physics, Columbia University（哥伦比亚大学物理系）
本研究提出二维伪牛顿框架统一合并超大质量黑洞双星的电磁特征，发现磁场强度主导合并信号，为观测约束磁化提供新途径。
2026-09-23 astro-ph.HE
GRMHD and GRRT Simulations of Black Hole Accretion: Flares, Precession, and Complex Spacetimes
Tsung-Dao Lee Institute（李政道研究所）
利用广义相对论磁流体动力学和辐射传输模拟，研究黑洞吸积的电磁信号，涵盖耀发、进动及非克尔和双黑洞时空。
2026-06-18 astro-ph.HE gr-qc
Comparison of the ion-to-electron temperature ratio prescription: GRMHD simulations with electron thermodynamics
事件视界望远镜（EHT）合作，一个地球大小的亚毫米射电干涉仪，最近捕获了M87中心超大质量黑洞的第一张图像。这些图像被解释为引力透镜同步辐射从热等离子体轨道周围的黑洞。在低光度活动星系核（如M87）的吸积流中，电子和离子不处于热平衡状态。因此，电子温度，这是重要的热同步辐射在230 GHz的EHT频率，是不是独立确定。在这项工作中，我们调查了常用的参数化离子-电子温度比处方，所谓的R- $β$模型，考虑在230 GHz的图像通过比较与电子加热处方从广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟磁化吸积流在磁制动盘（MAD）制度与不同的食谱的电子热力学。当比较在230 GHz的图像，我们发现一个非常好的匹配与R- $β$处方和产生的湍流和磁重联加热处方之间的图像。实际上，这种匹配平均而言甚至比将用R- $β$处方构建的图像集与随机选择的图像或与时间平均的图像进行比较时获得的匹配更好。从不同的物理方面，其中包括图像，vibrium，宽带光谱和光变曲线的比较研究，我们得出结论，在230 GHz的图像相对于MAD吸积流周围的超大质量黑洞的背景下，常用的和简单的R- $β$模型是能够很好地再现各种更复杂的电子加热处方这里考虑。
2021-06-17 astro-ph.HE gr-qc
Supermassive Black Holes: modelling strongly and weakly magnetised misaligned accretion disks
Jeremiah Horrocks Institute, University of Lancashire（兰开夏大学杰里迈亚·霍罗克斯研究所）；Black Hole Initiative at Harvard University（哈佛大学黑洞倡议）
通过GRMHD模拟研究不同初始错位角和磁场配置下的吸积盘，发现磁抑制盘（MAD）状态可使盘在极端错位下与黑洞对齐，而弱磁场盘保持错位且最大倾斜角约50°。
2026-05-26 astro-ph.HE
On the Comparison of AGN with GRMHD Simulations: I. Sgr A*
我们提出了在人马座A* 附近使用电子温度或能量密度参数化的银河系中心发射模型。这些模型包括那些灵感来自两个温度的广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟，以及射流激励的处方概括均分粒子和磁能。从这些模型中，我们计算光谱和图像，并根据其不同的观测特征进行分类。一些模型产生形态和光谱特征，例如，图像尺寸、亚毫米级凸起和低频谱斜率与观测结果一致。光谱与观测结果一致的模型产生了最紧凑的图像，具有最突出的不对称光子环。在许多模型中也可以看到边缘明亮的流出。在我们考虑的所有模型中，代表当前数据的最好模型是当磁压大于热压时电子相对论热，但冷（即，对排放的贡献可以忽略不计）。这项工作是一系列的一部分，也适用于“观察”模拟方法的近地平线地区的超大质量黑洞在M87和3C 279。
2020-01-30 astro-ph.HE hep-ph
Self-consistent spectra from radiative GRMHD simulations of accretion onto Sgr A*
我们提出的第一个光谱能量分布产生自洽的2.5维广义相对论磁流体动力学（GRMHD）数值模拟，其中辐射冷却包括在动力学计算。作为一个案例研究，我们集中在银河系中心的超大质量黑洞，人马座A*（Sgr A*），它具有最好的约束物理参数的吸积流。我们将模拟的光谱与Sgr A* 的观测数据进行了比较，并探索了我们模型的参数空间，以确定改变初始磁场构型、离子与电子温度比T_i/T_e和目标吸积率的影响。我们找到了质量吸积率为~ 1 e-9 Msun/yr，自旋为0.7 < a * < 0.9时的最佳描述。亚毫米波的峰值通量似乎在很大程度上与初始条件无关，而较高的能量对初始磁场配置非常敏感。最后，我们还讨论了在一些模拟中观察到的耀斑特征，这可能是由于2D配置的伪影。
2012-09-20 astro-ph.GA astro-ph.HE
Synchrotron polarization signatures of surface waves in supermassive black hole jets
本文通过全局GRMHD模拟磁捕获盘，发现黑洞附近持续发射的波在喷流与风的剪切层传播并改变磁场结构，偏振辐射转移计算表明这些波会降低偏振度，其特征有望被下一代事件视界望远镜观测。
2023-10-24 astro-ph.HE
Perturbing the accretion flow onto a supermassive black hole by a passing star
超大质量黑洞的近邻不仅包含吸积气体和尘埃，还包含恒星大小的物体，如恒星、恒星质量黑洞、中子星和尘埃包裹的物体，它们共同形成了一个致密的核星团。这些物体与吸积介质相互作用，它们扰动了吸积流的准静态结构。我们研究如何通过一个恒星可以影响黑洞气体环境与GRMHD的2D和3D模拟。我们专注于吸积率的变化和相关的出现流出斑点的等离子体。
2020-12-04 astro-ph.GA astro-ph.HE
Bridging scales: How much do supermassive black holes grow in the suppressed Bondi regime?
针对超大质量黑洞与宿主星系共同演化的核心问题，本文将GRMHD得出的吸积反馈处方嵌入宇宙学模拟，揭示抑制邦迪体制下黑洞增长的自旋依赖性及阈值特征，指出需多体制框架解释其完整质量增长。
2025-11-11 astro-ph.GA astro-ph.HE
Coupled jet-disk model for Sgr A*: explaining the flat-spectrum radio core with GRMHD simulations of jets
银河系中心的超大质量黑洞Sgr A*，显示出一个几乎平坦的射电频谱，这是活动星系核中喷流的典型特征。事实上，辐射低效吸积流（RIAF）的时间相关磁化模型通常用于解释Sgr A* 的毫米波、近红外和X射线发射，通常也会产生类似喷流的外流。然而，到目前为止，这些模型的发射未能再现平坦的无线电频谱。目的：我们调查目前的吸积模拟是否可以产生紧凑的平谱发射，通过简单地使用不同的处方加热喷流中的辐射粒子。研究方法：研究了含时广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟中产生的黑洞吸积流的辐射性质。在这些模型中，一个至关重要的自由参数一直是电子温度，在这里，我们允许在喷流和圆盘中的质子与电子温度比的变化。结果如下：我们发现，平坦的频谱是很容易复制的一个标准的GRMHD模型，如果有一个几乎等温的喷流耦合到一个两个温度的吸积流。低频无线电任务来自于围绕着强磁化的几乎空的喷流的流出物质鞘。该模型与Sgr A* 的射电大小和频谱一致。结论：因此，吸积黑洞的GRMHD模型原则上可以自然地再现与观测特征相匹配的喷流。对于Sgr A* 的模型拟合的频谱预测更高的质量吸积率时，喷流包括比没有喷流。因此，最近发现的G2云的影响，预计将增加到Sgr A* 可能不像目前认为的那么严重。
2013-10-18 astro-ph.HE
Production of intense episodic Alfvén pulses: GRMHD simulation of black hole accretion disks
利用三维广义相对论磁流体动力学（GRMHD）研究了旋转黑洞（BH）吸积盘的磁喷发及其喷注的强烈形成的幕式动力学过程.磁盘中嵌入的磁场被磁旋转不稳定性（MRI）放大到如此之大，以至于导致磁场的爆发（recconnection），并且大块的物质在这种事件中向喷流的根部偶然地增生。我们还发现，喷发事件产生强烈的阿尔文脉冲，通过喷流传播。在爆发之后，盘回到弱磁性状态。这种盘的活动导致短时间的变化，质量吸积率在事件视界，以及电磁光度内喷流。由于这些阿尔文波脉冲的无量纲强度参数$a_0=eE/m_e ωc$对于大部分爱丁顿吸积率吸积流到超大质量黑洞上来说是非常高的，阿尔文冲击变成了超相对论性的$(a_0\gg 1)$弓形尾流加速，表现为超高能宇宙射线和电子，最终发射伽马射线。由于我们的GRMHD模型在空间和时间尺度上具有普适性，因此它适用于从AGN（这是本研究的主要目标）到微类星体的广泛天体物理对象。利用电子在尾流中的线性加速，很好地解释了耀变体γ射线耀斑的时变特性和{ \it Fermi} γ射线天文台观测到的光谱特性。
2018-06-04 astro-ph.HE
Testing Bayesian inference of GRMHD model parameters from VLBI data
提出一种新的自适应贝叶斯方案，将广义相对论辐射传输代码ipole与EHT参数估计工具THEMIS集成，通过MCMC采样从VLBI数据推断GRMHD模型参数，实现了统计稳健且计算高效的参数空间扩展。
2024-09-23 astro-ph.HE astro-ph.IM
Sensitivities of Black Hole Images from GRMHD Simulations
Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas, Universidade de São Paulo（圣保罗大学天文、地球物理和大气科学研究所）；Universidade Federal do ABC（ABC联邦大学）；Núcleo de Astrofísica, Universidade da Cidade de São Paulo（圣保罗城市大学天体物理学中心）；Black Hole Initiative at Harvard University（哈佛大学黑洞倡议项目）；Department of Physics, Wake Forest University（维克森林大学物理系）
利用可微辐射传输代码Jipole计算GRMHD模拟黑洞图像对模型参数的像素级导数（敏感性），发现参数拟合误差景观具有各向异性和局部极小，但梯度信息可有效指导参数探索。
2026-06-17 astro-ph.HE
Black hole accretion and radiation variability in GRMHD simulations with Rezzolla-Zhidenko spacetime
本研究利用Rezzolla-Zhidenko时空的二维GRMHD模拟，探究偏离广义相对论的球对称黑洞时空中的吸积动力学与230GHz辐射涨落特性，发现偏离参数与光变幅度系统性相关，为区分Sgr A*的黑洞解提供新途径。
2025-01-15 astro-ph.HE
Bayesian techniques for comparing time-dependent GRMHD simulations to variable Event Horizon Telescope observations
事件视界望远镜（EHT）是一个毫米波长甚长基线干涉测量（VLBI）实验，能够以视界尺度分辨率观测黑洞。早期的观测揭示了银河系中心黑洞人马座A*（Sgr A*）中可变的视界尺度辐射。将这些观测结果与随时间变化的广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟进行比较，需要明确考虑数据和模型变化的统计工具。在这里，我们开发了一种贝叶斯方法来比较时间分辨的模拟图像变量VLBI数据，以推断模型参数和进行模型比较。我们使用基于GRMHD模拟的模拟EHT数据来探索这种贝叶斯方法的鲁棒性，并将其与不考虑变异性影响的方法进行对比。我们发现，与时间无关的模型导致偏移值的推断参数与人为减少的不确定性。此外，忽略数据和模型的可变性往往会导致错误的模型选择。最后，我们将我们的方法应用到早期的EHT数据Sgr A*。
2016-12-17 astro-ph.HE
Plasmoid identification and statistics in two-dimensional Harris sheet and GRMHD simulations
本研究开发了一种结合分水岭与闭合轮廓的等离子体团识别算法，应用于黑洞吸积盘和Harris片层模拟，发现等离子体团尺寸呈幂律分布，且电阻性模拟中发生率更高，形成率与磁通量减少正相关。
2023-11-14 astro-ph.HE gr-qc physics.plasm-ph
Pair Drizzle around Sub-Eddington Supermassive Black Holes
在亚爱丁顿吸积率黑洞附近，电子-正电子对的产生被认为是由Breit-Wheeler过程（光子-光子碰撞）控制的。非屏蔽电场对相干、宏观能隙或湍流等离子体流中的非相干结构中的轻子进行加速时，会产生相互作用的高能光子。后一种类型的加速导致由来自背景辐射场的能量接近对生产阈值的光子产生的对生产的毛毛雨。在这项工作中，我们使用辐射GRMHD模拟扩展Moscibrodzka等人早期的研究对毛毛雨。我们专注于低磁化（SANE）吸积到超大质量克尔黑洞，并考虑由于同步辐射，韧致辐射，康普顿上散射过程。我们证实，对毛毛雨在M87是足够的，以保持磁层电荷密度的数量级以上的Goldreich-Julian密度。我们还发现，对生产高峰沿喷磁盘边界。
2020-12-08 astro-ph.HE
Constraints on the accretion properties of quasi-periodic erupters from GRMHD simulations
本工作通过广义相对论磁流体动力学模拟，发现缓慢旋转黑洞的小型厚吸积盘（初始低等离子体β）可解释GSN 069等天体的准周期爆发性质，揭示吸积物质需低净角动量及潜在来源。
2023-11-06 astro-ph.HE
High-Energy Neutrino Emission from a Radiatively Inefficient Accretion Flow with a three-dimensional GRMHD Simulation
本研究利用三维GRMHD模拟数据，首次计算了超大质量黑洞周围辐射低效吸积流中通过$pp$相互作用产生的宇宙射线加速与高能中微子发射，发现外流主导的中微子能谱比单区近似更平。
2025-07-13 astro-ph.HE
Radiation GRMHD simulations of M87: funnel properties and prospects for gap acceleration
利用ebhlight程序对M87中的超大质量黑洞吸积过程进行了三维辐射广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟。的模拟自洽地演变的吸积流产生的辐射场的频率依赖的蒙特卡罗描述。我们探索两个极限的累积磁通量在黑洞（SANE和MAD），每个耦合到几个子网格处方的电子加热的湍流和磁重联模型的动机。我们目前的辐射场的收敛性研究，并研究其性质。我们发现，近地平线光子能量密度是一个数量级高于预测的简单的各向同性估计从观测到的光度。径向依赖的光子动量分布是各向异性的，可以用赤道面附近的一组点源来模拟。我们从模拟中得出辐射和磁场的特性，并将其馈送到间隙加速的分析模型中，以估计磁化射流漏斗的甚高能量（VHE）伽马射线光度，假设间隙能够形成。我们发现的光度$\rm \sim 10^{41} \, erg \, s^{-1}$的MAD模型和$\rm \sim 2\times 10^{40} \, erg \, s^{-1}$的SANE模型，这是可比的测量M87的VHE耀斑。在我们的计算中看到的时间依赖性不足以解释燃烧行为。我们的研究结果提供了一个步骤，桥接理论模型的近地平线上看到的黑洞图像与VHE活动的M87。
2021-09-05 astro-ph.HE
Observational appearance of inefficient accretion flows and jets in 3D GRMHD simulations: Application to Sgr~A*
辐射低效吸积流（RIAF）被认为是星系暗核中超大质量黑洞（SMBH）的动力来源。这种黑洞通常伴随着平谱射电核心，表明存在适度相对论性喷流。其中一个最受约束的RIAF与银河系中心的SMBH有关，Sgr A *。由于RIAF中的等离子体只有弱碰撞，这些系统的动力学和辐射特性是非常不确定的。在这里，我们要研究的影响，不同的电子温度的外观吸积流和喷流。使用3-D GRMHD吸积流模拟，我们使用射线追踪方法来预测RIAF的光谱和射电图像，允许不同的电子加热机制在模拟的流入和流出部分。我们发现，电子温度的微小变化可能导致喷流和吸积流的相对优势的显着差异。应用到Sgr A * 表明，该源的无线电频谱和大小可以很好地再现与模型，其中电子更有效地加热的射流。X射线发射对喷流和盘中的电子加热机制敏感，因此X射线观测对吸积流和喷流的电子温度和几何形状有很强的约束。对于Sgr A *，射流模型还预测了显著的频率依赖性核心偏移，一旦精确测量，该偏移可以对模型施加独立的约束。我们的结论是，更复杂的电子分布函数的模型是至关重要的约束GRMHD模拟与实际观测。对于Sgr A *，射电外观很可能是由流出的等离子体主导的。尽管如此，在最高的射频，事件视界的阴影应该仍然可以通过未来的甚长基线干涉测量观测探测到。
2014-08-25 astro-ph.HE
Plasmoid formation in global GRMHD simulations and AGN flares
在相对论喷流中，作用于所有尺度的主要耗散过程之一被认为是由磁重联控制的。这种耗散过程已经在理想化的环境中进行了研究，例如重连层，它在合并的岛屿中发展并导致等离子体团的产生，最终导致有效的粒子加速。在流向黑洞的吸积流中，在流的湍流演化过程中，重联层可以迅速发展和破坏。我们提出了一系列的二维广义相对论磁流体动力学模拟环面吸积到旋转黑洞集中我们的注意力在电流片的形成和演化。最初，环被赋予极向磁场，该极向磁场具有沿径向方向的多环结构和交替极性。在重联过程中，等离子体团和等离子体团链的发展导致耀斑活动，从而导致可变的电磁光度。我们描述的方法开发自动跟踪的等离子体团，在模拟过程中产生和弹出，对比的行为，多回路的初始数据中遇到的典型的模拟吸积黑洞具有初始偶极场组成的一个循环。最后，我们讨论的影响，我们的研究结果的可变性预期在吸积超大质量黑洞。
2020-02-05 astro-ph.HE gr-qc
Origins of Supermassive Black Holes in Galactic Centers
本文综述了星系中心超大质量黑洞的起源，聚焦种子黑洞的形成机制，并探讨了利用JWST和LISA等设施检验相关观测特征的挑战与前景。
2025-05-25 astro-ph.CO astro-ph.HE
Accretion onto supermassive black hole binaries
本章综述了吸积大质量黑洞双星（MBHBs）的物理，重点介绍了广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟的最新进展，并分析了环绕双星盘、迷你盘、外流、磁场及电磁特征等关键方面，总结了不同数值方法的优缺点及已建立的可靠知识。
2024-05-23 astro-ph.HE gr-qc
Faraday rotation in GRMHD simulations of the jet launching zone of M87
非VLBI测量的法拉第旋转毫米波长已被用来限制质量吸积率（$\mdot$）到超大质量黑洞在银河系中心和M87的中心。我们构建了广义相对论磁流体动力学模型，定性地描述了它们的光谱和无线电/毫米图像调用一个耦合的喷射盘系统。使用广义相对论偏振辐射转移，我们现在也模型观测到的毫米旋转措施（RM）的M87。模型与观测到的射电通量有关，然而，电子温度和吸积率是简并参数，允许变化。对于推断的M87喷流的低视角，即使黑洞$\mdot$增加了$\simeq100$的因子，RM也很低。在喷流主导的模型中，观测到的线性偏振产生于前向喷流，而致密的吸积盘使起源于反喷流的近地平线尺度发射的大部分去偏振。在喷流为主的模型中，随着$\mdot$的增加和法拉第光学深度的增加，人们逐渐只对前向喷流中的偏振发射敏感，保持测得的RM相对恒定。喷流为主的模型再现了低净偏振$\simeq1$百分之和RM与观测值一致，由于法拉第去极化，然而，与$\mdot$远大于以前推断的极限$9\times10^{-4}\,\mdotu$。所有以喷气为主的模型对于倾角$i\gtrsim30^\circ$产生更高的RM，其中视线穿过吸积流，从而对M87喷气的观察几何形状提供独立的约束。
2017-03-07 astro-ph.HE
The Integrated Relativistic Iron Line from Active Galactic Nuclei: Chasing the Spin Evolution of Supermassive Black Holes
超大质量黑洞（SMBH）的自旋与黑洞吸积的辐射效率直接相关，因此影响黑洞达到一定质量所需的燃料量。因此，一个知识的SMBH自旋分布和演化是必要的，以发展一个全面的理论的SMBH的增长和它们对星系形成的影响。目前，对SMBH自旋的直接测量只能通过拟合活动星系核中的宽Fe K线。通过对活动星系核在不同红移区间的积分谱中宽线的拟合，可以确定自旋的演化。这些测量的准确性将取决于观察到的积分谱线强度。在这里，我们提出的理论预测的综合相对论铁K线强度作为红移和活动星系核光度的函数。积分线的等效宽度远小于300 eV。对于亮度在44 < log L_{X} <= 45之间的2-10 keV的活动星系核，积分谱线的计算是最容易的。总积分线占X射线背景的不到4%，但其形状对平均SMBH自旋敏感。通过遵循这些建议，未来的国际X射线天文台调查广泛的铁K线应该能够确定自旋演化的SMBHs。
2010-05-04 astro-ph.CO astro-ph.HE
Spectral and Imaging properties of Sgr A* from High-Resolution 3D GRMHD Simulations with Radiative Cooling
银河系中心的候选超大质量黑洞人马座A*（Sgr A*），已知是由辐射效率低下的吸积流（RIAF）提供的，这是由其低吸积率推断的。因此，在Sgr A* 的研究中，辐射冷却通常被忽视。然而，RIAF中等离子体的辐射特性知之甚少。在这项工作中，使用全三维广义相对论磁流体动力学模拟，我们研究了辐射冷却的吸积等离子体的动态演化的影响，提出光谱能量分布和合成的亚毫米图像产生的吸积流周围的Sgr A*。这些模拟解决近似方程的辐射冷却过程自洽，包括同步加速器，韧致辐射，逆康普顿过程。我们发现，随着吸积率的增加，辐射冷却在吸积流的动力学中起着越来越重要的作用：中平面密度的增长和下降的气体是不那么湍流冷却变得更强。当吸积率大于$10^{-8}\,M_{\odot}~{\rm yr}^{-1}$（$\gtrsim 10^{-7} \dot{M}_{\rm Edd}$，其中$\dot{M}_{\rm Edd}$是爱丁顿吸积率）时，动力学演化的变化变得重要。在冷却模型中得到的光谱也不同于非冷却模型中的光谱：由于电子温度的降低，总通量（包括亚毫米和远紫外处的峰值）略低。我们的研究结果表明，辐射冷却应仔细考虑在建模Sgr A* 和其他低光度活动星系核，有一个质量吸积率$\dot{M} > 10^{-7}\,\dot{M}_{\rm Edd}$。
2020-09-29 astro-ph.HE
Bridging Bondi and Event Horizon Scales: 3D GRMHD Simulations Reveal X-Shaped Radio Galaxy Morphology
X形射电星系（XRGs）产生错位的X形喷流对，构成射电星系的$\lesssim10\%$。XRG被认为出现在具有超大质量双黑洞（$\rm SMBH$）、$\rm SMBH$合并或大尺度环境介质不对称的星系中。我们证明，XRG形态可以自然形成，没有这种特殊的，预先存在的条件。我们的3D广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟第一次遵循磁化旋转气体从半径$R_{\rm B}$的$\rm SMBH$影响球到引力半径$R_{\rm g}$的$\rm SMBH$，在迄今为止最大的尺度分离$R_{\rm B}/R_{\rm g} = 10^3$。最初，我们的轴对称系统的恒定密度的热气体包含弱的垂直磁场和旋转的赤道平面的快速旋转$\rm SMBH$。我们用小规模的$2\%$水平的压力扰动来播种气体。进入的气体形成一个吸积盘，$\rm SMBH$发射出相对论磁化的准直喷流，到达$R_{\rm B}$的外部。在下落气体的压力下，射流间歇地打开和关闭，不规则地摆动，并在不同方向上膨胀成对的空腔，类似于X形射流形态。合成X射线图像显示了多对喷气动力冲击和空腔。大规模的磁通量积累在$\rm SMBH$上，变得动态重要，并导致磁制动盘状态。$\rm SMBH$以邦迪速率的$2\%$（M87* 为$\dot{M}\simeq2.4\times10^{-3}M_{\odot}\,{\rm yr}^{-1}$）吸…
2022-02-16 astro-ph.GA astro-ph.HE
Black holes and the supermassive compact object at the Galactic center: multi-arts of thought and nature
这是对2020年诺贝尔物理学奖的特邀评论，该奖项授予罗杰·彭罗斯“发现黑洞的形成是广义相对论的一个强有力的预测”，以及莱因哈德·根泽尔和安德烈·盖兹“发现了我们银河系中心的超大质量致密物体”。"
2020-12-07 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Multi-Zone Modeling of Black Hole Accretion and Feedback in 3D GRMHD: Bridging Vast Spatial and Temporal Scales
本文提出并验证了三维GRMHD多区域建模技术，成功桥接超大质量黑洞从视界到星系尺度的吸积与反馈模拟，实现了跨越八个数量级半径的稳态，并揭示了吸积率与邦迪半径之间的标度关系。
2025-07-22 astro-ph.HE
Formation of Magnetically Truncated Accretion Disks in 3D Radiation-Transport Two-Temperature GRMHD Simulations
多波长观测表明，在硬态和中间态的X射线双星（XRB）和活动星系核（AGN）的吸积盘从一个冷的，薄的磁盘在很大的距离转变成一个热的，厚的流接近黑洞。然而，这种截断盘的形成，结构和动力学约束不良，由于热力学，磁，辐射过程的复杂性。我们提出了第一个辐射输运双温广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟截断磁盘辐射在~35%的爱丁顿光度与大尺度极向磁通量。我们表明，当一个几何薄的吸积盘是由大规模的净极向磁通量线程，它自洽过渡到一个两相介质的冷气团漂浮通过一个热的，磁主导的日冕在小半径。这种转变发生在一个明确定义的截断半径，由磁盘饱和磁通量的距离决定。半透明日冕中离子和电子的平均温度分别达到T_i ~ 10^10K和T_e ~ 510^8K。该系统产生辐射，强大的准直射流和更广泛的风，总能量效率超过~ 90%，有史以来最高的能量提取效率从一个旋转的黑洞在GRMHD模拟的辐射有效的流动。这与XRB爆发期间观察到的喷射抛射相一致。两相介质可以自然地导致在硬态下观察到的铁线发射的加宽。
2022-08-09 astro-ph.GA astro-ph.HE
Bridging Scales in Black Hole Accretion and Feedback: Magnetized Bondi Accretion in 3D GRMHD
本文利用多区域GRMHD方法跨越7个空间数量级模拟磁化邦迪吸积，发现强磁场使密度分布变缓并将吸积率抑制两个数量级以上，同时通过磁场重联驱动的湍流对流实现约$10^{-2}\dot{M}c^2$的能量反馈。
2024-10-19 astro-ph.HE
The Ecology of the Galactic Centre: Nuclear Stellar Clusters and Supermassive Black Holes
超大质量黑洞存在于大多数星系核中。这些原子核中的很大一部分还包含一个围绕着黑洞的核星团。在这里，我们考虑的想法，核星团形成的第一和超大质量黑洞成长后。特别是，我们考虑合并的三个星团，形成一个核星团，其中一些集群包含一个单一的中等质量黑洞（IMBH）。在多个星团包含IMBH的情况下，我们讨论了黑洞是否可能合并，以及这种合并是否可能导致合并后的黑洞从核星团中喷出。在某些情况下，没有超大质量黑洞会形成，因为任何合并产物都不会保留。这是一个自然的途径来解释那些含有核星团但显然缺乏超大质量黑洞的星系核; M33是一个附近的例子。或者，如果IMBH合并的产物被保留在核星团中，它可能会随后长大，例如通过恒星的潮汐破裂，形成超大质量黑洞。
2019-07-31 astro-ph.GA astro-ph.HE
The Current Ability to Test Theories of Gravity with Black Hole Shadows
我们的银河系中心，人马座A*（Sgr A*），被认为拥有一个超大质量黑洞（BH），正如跟踪单个轨道恒星的观测所建议的那样。事件视界望远镜合作组织（EHTC）即将对Sgr A* 进行的亚毫米甚长基线干涉测量（VLBI）图像预计将为这种超大质量BH的存在提供关键证据。我们评估我们目前的能力，使用EHTC图像，以确定它们是否对应于克尔BH的预测爱因斯坦的广义相对论（GR）或BH在替代理论的重力。为此，我们进行广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟和使用广义相对论辐射转移（GRRT）计算生成合成的阴影图像的磁化吸积流到克尔BH。此外，第一次，我们进行GRMHD模拟和GRRT计算的一个粒子BH，我们作为一个代表性的解决方案的替代引力理论。采用2017年EHTC活动的VLBI配置，我们发现区分不同重力理论的BH可能非常困难，因此强调在解释BH图像作为GR测试时需要非常谨慎。
2018-04-16 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Two-temperature treatments in magnetically arrested disk GRMHD simulations more accurately predict light curves of Sagittarius A*
本文在Sgr A*的磁停滞盘GRMHD模拟中引入双温度热力学处理，发现其230 GHz同步辐射变率比单温度模拟更接近观测，并揭示电子辐射冷却使内盘温度降低约10%，从而减小流量及其涨落。
2025-02-05 astro-ph.GA astro-ph.HE
Toward General-Relativistic Magnetohydrodynamics Simulations in Stationary Non-Vacuum Spacetimes
本研究提出一大类稳态轴对称旋转度规的视界穿透形式，突破了此前仅克尔、克尔-纽曼度规可用的限制，可支撑广义相对论及非广义相对论框架下多种旋转致密天体的GRMHD吸积模拟。
2024-03-06 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Wind-Fed GRMHD Simulations of Sagittarius A*: Tilt and Alignment of Jets and Accretion Discs, Electron Thermodynamics, and Multi-Scale Modeling of the Rotation Measure
风馈模型提供了一种独特的方式来形成人马座A* 周围的吸积流的预测模型。我们提出了3D，风馈MHD和GRMHD模拟跨越整个动态范围的吸积从秒差距尺度的事件视界。我们扩大了以前的工作，包括非零黑洞自旋和动态演化的电子热力学。这些模拟的初始条件是从银河系中心观测到的沃尔夫-拉叶星风模拟产生的。产生的气流倾向于高度磁化（$β\approx 2$），其$\sim$ $r^{-1}$密度分布与风中磁场的强度无关。我们的模拟在某些情况下达到MAD状态，但不是所有情况。在倾斜流中，SANE喷流倾向于在大尺度上与气体的角动量对齐，即使该方向垂直于黑洞自旋轴。相反，MAD喷流倾向于与黑洞的旋转轴对齐。气体角动量表现出类似的行为：SANE流往往只是部分对齐，而MAD流往往完全对齐。随着数量有限的动态自由参数，我们的模型可以产生吸积率，230 GHz的通量，和未解决的线性极化分数大致与观察几个选择的电子加热分数一致。如果没有另一个大规模磁场源，具有更高磁化程度的风（例如，其中磁压力是风中的冲压压力的1/100），以获得具有一致符号的足够大的RM。
2023-03-27 astro-ph.HE
Determination of supermassive black hole spins in local active galactic nuclei
本文利用活动星系核的辐射效率与活动星系核参数（超大质量黑洞质量、视线与吸积盘轴的夹角和辐射光度）之间的关系，计算了一些z < 0.34的局部活动星系核的辐射效率和自旋值。对所得数据的分析表明，自旋值随宇宙时间而减小，这与其他作者对低红移活动星系核的理论计算结果一致。我们还发现自旋值随着SMBH质量和辐射光度的增加而增加。这是符合理论计算的预期结果。对自旋值分布的分析表明，在0.75 <α < 1.0范围内的分布中有一个明显的峰值。约40%的天体自旋a > 0.75，约50%的天体自旋a > 0.5。这个结果与我们以前的结果和其他作者的结果是一致的。
2022-05-21 astro-ph.HE
Parsec-scale Faraday Rotation Measures from General Relativistic MHD Simulations of Active Galactic Nuclei Jets
这是第一次有可能将全球三维广义相对论磁流体动力学（GRMHD）喷流形成模拟直接与活动星系核（AGN）喷流pc尺度结构的超长基线干涉多频偏振观测进行比较。与需要对非热电子进行事后建模的喷流发射不同，法拉第旋转测量（RM）主要取决于模拟量，因此提供了一种鲁棒的方式来对抗模拟与观测。我们计算RM分布的3D全球GRMHD射流形成模拟，我们探讨模型和观测参数的依赖关系，强调签名的结构通用的MHD射流理论。通过典型的参数，我们发现可以重现观测到的震级和活动星系核喷流RM中发现的许多结构，包括横向RM梯度的存在。在我们的模拟中，RM是在射流本身的平滑延伸内产生的，包含有序的环形主导磁场。这导致在一个特定的双边形态，是不太可能出现由于法拉第旋转在遥远的前景云。然而，关键的努力，以探测法拉第屏幕将解决横向喷流结构。因此，无线电核心的RM可能不是旋转介质的属性的可靠指标。最后，我们能够约束喷流的粒子含量，发现在pc尺度AGN喷流是电磁主导的，大约2%的同向能量在非热轻子和重子少得多。
2010-06-25 astro-ph.HE
Measuring Supermassive Black Hole Spins in Active Galactic Nuclei
测量活动星系核（AGN）中超大质量黑洞（SMBH）的自旋可以告诉我们，在宿主星系及其AGN生命的最近几个时代，气体吸积与合并的相对作用。到目前为止，理论和观测的最新进展已经使少数SMBH的自旋测量成为可能，但这门科学仍然处于起步阶段。在这里，我讨论了如何以及为什么我们寻求测量活动星系核中的黑洞自旋，使用最近的结果，从长期的X射线观测活动的三个无线电安静活动星系核（MCG-6-30-15，NGC 3783和Fairall 9）来说明这一过程和它的警告。然后，我提出我们目前的知识分布的SMBH自旋在本地宇宙。我还解决了在未来十年及以后的仪器，如NuSTAR，Astro-H和下一代大面积X射线望远镜，提高这些自旋约束的准确性，精度和数量的前景。
2013-09-24 astro-ph.HE
On the Comparison of AGN with GRMHD Simulations: II. M87
本文比较M87视界尺度观测与GRMHD模拟，通过多种发射预设和等离子体成分，推断偏振发射规则，支持MAD和SANE模型，并指出未来EHT可探测等离子体成分。
2023-12-22 astro-ph.HE
Galactic-scale Feeding Reveals Warped Hypermagnetized Multiphase Circumbinary Accretion Around Supermassive Black Hole Binaries
本研究通过星系尺度物质补给的模拟，揭示了超大质量黑洞双星周围超磁化、多相、偏心扭曲的环双星吸积盘及双极磁塔状外流，深化了对双星演化真实吸积条件的理解。
2025-04-04 astro-ph.GA astro-ph.HE
The Jet in the Galactic Center: An Ideal Laboratory for Magnetohydrodynamics and General Relativity
本文回顾和讨论了银河系中心超大质量黑洞候选者Sgr A* 的一些有趣的性质。在所有可能的黑洞源中，Sgr A* 的事件视界对着天空中最大的角标度。因此，它是一个主要的候选人，研究和图像等离子体过程中的强引力，它甚至允许成像的阴影所投下的事件视界。最近的毫米波VLBI和无线电定时观测以及数值GRMHD模拟现在已经提供了几个突破，使Sgr A* 重新成为焦点。首先，VLBI观测现在已经在多个频率上测量了Sgr A* 的固有大小，其中最高频率的测量已经接近黑洞阴影的尺度。此外，对无线电变化的测量显示，在22 GHz和43 GHz之间存在明显的时间滞后。大小和定时测量的组合，允许一个实际测量的流动速度和方向的磁化等离子体在几十个史瓦西半径。这些数据强烈支持一个适度的相对论外流，加速射流模型一致。这是比较最近的GRMHD模拟，显示存在一个适度的相对论流出耦合到吸积流Sgr A*。进一步的VLBI和定时观测与模拟相结合，有可能绘制出5-40史瓦西半径的速度分布图，并提供在事件视界附近出现的喷流盘系统的第一个一瞥。未来的亚毫米VLBI实验甚至能够直接对强引力下的这些过程进行成像，并直接确认事件视界的存在。
2010-10-25 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Soft gamma-ray constraints on a bright flare from the Galactic Center supermassive black hole
人马座A*（Sgr A*）是位于银河系中心的超大质量黑洞。这是我们在2007年4月开展的广泛的多波长运动的主要目标。在这里，我们报告了4月4日在地平线附近同时观测到的X射线（XMM/EPIC）和近红外（VLT/NACO）1-2小时的明亮耀斑。这是第一次，这样的事件也受益于软伽马射线（INTEGRAL/ISGRI）和中红外（VLT/VISIR）的覆盖范围，这使我们能够推导出耀斑光谱能量分布（SED）两端的上限。我们讨论了同步光变曲线的物理意义，以及SED，在同步，同步自康普顿和外部康普顿发射过程。
2009-10-02 astro-ph.HE
Prospects for the observation of continuous gravitational waves from spinning neutron stars lensed by the galactic supermassive black hole
研究了在星系超大质量黑洞引力透镜作用下探测来自自旋中子星的连续引力波的前景。假设各种天体物理动机的星系NS的空间分布，我们发现CGW信号从几个（$\sim 0-6$）中子星应强烈透镜。透镜将产生两个信号副本（延迟时间为几秒到几分钟），它们将相互干扰。NS相对于透镜光轴的相对运动将改变干涉图案，这将帮助我们识别透镜信号。考虑到透镜信号的放大率和时间延迟，我们研究了地基探测器对透镜信号的探测能力。根据已知的恒星模型对NS的自旋分布进行建模，并假设$ε= 10^{-7}$的椭圆率，LIGO和Virgo在涉及$\mathcal{O}(10^{12})$模板的现实搜索中不太可能检测到透镜CGW。然而，第三代检测器具有检测至少一个透镜CGW信号的$\sim 2-51\%$概率。对于$ε= 10^{-8}$的椭圆率，检测概率降低到$\sim 0-18 \, \% $。虽然罕见，但这样的观测将使对超大质量黑洞及其环境的有趣探测成为可能。
2023-01-04 astro-ph.HE gr-qc
GRMHD prediction of coronal variability in accreting black holes
基于能量守恒的3D广义相对论MHD模拟数据，我们预测了吸积黑洞日冕光度变化的统计特征。当日冕的内边界被定义为电子散射光球时，它的位置只取决于爱丁顿单位的质量吸积率（\dot{M}）。几乎独立于视角和\dot{M}，功率谱的频率范围内，从近似的轨道频率在最内层的稳定圆轨道（ISCO）的~100倍低，是很好的近似指数为-2的幂律，粗略一致的硬X射线波动在活动星系核和银河系的双黑洞的硬态的观测功率谱。光变曲线变化的潜在物理驱动因素是由MHD湍流的混沌特性引起的吸积速率的变化，但日冕光输出的功率谱明显更陡。这种对比的部分原因是由于质量吸积率可以被不导致耗散的径向周转运动显著调制，因此不会驱动光度波动。另一部分原因是特征流入时间向内减小，导致径向相干长度随波动频率的增加而减小。
2009-07-09 astro-ph.HE
Determination of magnetic field strength on the event horizon of supermassive black holes in active galactic nuclei
我们估计了活动星系核（AGN）中一个超大质量黑洞（SMBH）样本事件视界的磁场强度。我们的估计是使用的吸积盘的视线，我们以前从可见光谱的分光偏振观测获得的倾斜角的值。我们还使用了已发表的宽线区谱线$H_β$的半高宽（FWHM）、SMBH的质量和活动星系核在5100埃的光度。此外，我们使用的文献数据从他们的X射线光谱获得的SMBHs的自旋。结果表明，活动星系核中大多数SMBH的事件视界的磁场强度在几到几十kG之间，平均值约为$10^4$ G。同时，对于单个对象，场明显更大-数百kG甚至1 MG的量级。
2020-04-14 astro-ph.GA astro-ph.HE
A parameter survey of Sgr A* radiative models from GRMHD simulations with self-consistent electron heating
银河系中心黑洞候选者Sgr A* 是研究低光度吸积物理学的最佳目标，包括近红外和亚毫米波长长基线干涉测量实验。在这里，我们比较图像和光谱产生的广义相对论MHD模拟的一组无线电近红外观测的Sgr A* 的参数调查。我们的模型跨越了弱磁化和强磁化的限制，并使用了一系列的子网格处方的电子加热。我们发现两类方案可以解释宽形状的亚毫米光谱峰值和高度可变的近红外耀斑发射。弱磁化的“圆盘喷射”模型，其中大部分发射产生于喷射壁附近，与过去的工作一致，以及强磁化（磁制动盘）模型，其中热电子无处不在。由于强法拉第旋转，喷流模型在亚毫米波长处强烈去极化，这与Sgr A* 的观测结果不一致。相反，我们倾向于强磁化模型，它提供了一个很好的描述的中位数和高度可变的线性极化信号。同样的模型也可以解释所观察到的平均法拉第旋转测量和潜在的偏振信号最近看到的Sgr A* 近红外耀斑。
2020-03-31 astro-ph.GA astro-ph.HE
Modeling non-thermal emission from the jet-launching region of M 87 with adaptive mesh refinement
星系M 87拥有一个千秒差距尺度的相对论性喷流，其起源与一个超大质量黑洞相吻合。观测的毫米VLBI活动能够解决喷气发射区的事件视界的规模。为了提供一个解释这些意见的背景下，现实的广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模型的吸积流构建。观测到的光谱能量分布（SED）的特征取决于电子能量分布函数（EDF）的形状。在第一个事件视界望远镜结果的建模中省略了对EDF的依赖。在这项工作中，我们的目标是使用热相对论麦克斯韦-尤特纳分布，以及相对论$κ$分布函数从无线电到近红外/光学频率的M 87 SED模型。电子注入的亚网格，粒子在细胞参数化的亚相对论重联的基础上。一个GRMHD模拟在Cartesian-Kerr-Schild坐标，使用八个层次的自适应网格细化（AMR），形成了我们的模型的基础。为了获得光谱和图像，GRMHD数据后处理的射线跟踪代码RAPTOR，这是能够通过AMR GRMHD模拟数据进行射线跟踪。我们得到的无线电频谱在热喷流和$κ$喷流模型与无线电观测一致。此外，$κ$ -喷流模型还恢复了NIR/光学发射。模型恢复了观测到的源大小和核心位移，并获得了$\approx 10^{43}$ ergs/s的喷流功率。在$κ$喷流模型中，吸积速率和喷流功率都比热喷流模型低大约两倍。当加速器尺寸为$10^6$ - $10^8$ cm时，在$ν\approx 10^{15}$ Hz处观察到的频率…
2019-06-24 astro-ph.HE gr-qc
Interaction of Recoiling Supermassive Black Holes with Stars in Galactic Nuclei
超大质量黑洞双星是星系频繁合并的产物。SMBHB的合并是一个独特的引力波（GW）辐射源。强GW辐射及其可能的电磁对应物的探测是必不可少的。数值相对论表明，合并后的超大质量黑洞（SMBH）由于各向异性的GW辐射而获得高达4000 km/s的反冲速度。在这里，我们调查的动力学共同演化和相互作用的反冲SMBHs和他们的银河系恒星环境与100万直接N体模拟，包括恒星潮汐中断反冲SMBHs。我们的研究结果表明，吸积的破坏恒星并没有显着影响SMBH的动力学演化。我们研究了恒星潮汐破裂率作为星系核中振荡SMBHs动力学演化的函数。我们的模拟结果表明，恒星潮汐破裂主要是由未束缚恒星引起的，并且发生在振荡的SMBH通过银河系中心的时候。平均破裂率为~10^{-6} M_（\odot）/年^{-1}，比类似星系核的静止SMBH的破裂率低一个数量级。我们的结果还表明，一个束缚星团是围绕振荡SMBH约0.7%的黑洞质量。此外，我们发现了一个巨大的云的未绑定的恒星振荡SMBH。我们还研究了结果对SMBH质量和星系核密度斜率的依赖性。
2012-01-17 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Cyclic Zoom: Multiscale GRMHD Modeling of Black Hole Accretion and Feedback
提出循环缩放方法，通过粗化与细化循环及中心掩膜处理，在GRMHD模拟中高效捕获黑洞吸积的多尺度动力学，加速超10^5倍，并验证于多种吸积模型及长期演化。
2025-07-09 astro-ph.GA astro-ph.HE
