Activation of the Blandford-Znajek mechanism in collapsing stars
大质量恒星的坍缩可能导致在其内部形成吸积黑洞。吸积的恒星物质可能会将大量的磁通量输送到黑洞上，并通过磁应力促进其旋转能量的释放（布兰德福德-兹纳杰克机制）。在本文中，我们探讨这个过程是否可以解释恒星爆炸和相对论喷流与长伽玛射线暴。特别是，我们表明，布兰德福德Znajek机制被激活时，物质的静止质量-能量密度低于能量密度的磁场在非常附近的黑洞（在其能层）。我们还讨论了这样一个强磁场是否是在冲突中所需的恒星核心的快速旋转的Bracksar模型，并建议，冲突可以避免，如果祖星是一个组成部分的密近双星。在这种情况下，恒星的自转可以通过自旋轨道相互作用来维持。在另一种情况下，磁场是在吸积盘中产生的，但在这种情况下，通过黑洞能层的磁通量预计不会高到足以单独用BZ机制解释超新星的能量。然而，这种能量赤字可以通过磁盘提供的额外功率来恢复。
2009-05-05 astro-ph.HE
Striped Blandford/Znajek jets from advection of small scale magnetic field
黑洞-吸积盘系统是从恒星尺度到星系尺度的相对论喷流的中心发动机。我们用数值方法定量计算了带有旋转吸积盘的快速旋转黑洞视界中的非定常波印廷通量。磁盘支持小规模，同心，通量管与零净磁通量。我们的广义相对论无力电动力学模拟遵循在3D中的几百个动力学时间尺度上的黑洞上的吸积。对于反向旋转的吸积盘的情况下，平均过程效率达到$\left\langleε\right\rangle\approx 0.43$，相比于由Blandford/Znajek过程的固定能量提取。工艺效率取决于环的横截面积，即取决于产品$l\times h$，其中$l$是径向环厚度，而$h$是其垂直刻度高度。我们确定了有效的电磁能量提取和Blandford/Znajek过程的操作的理想条件（例如，最佳场线角速度和满足所谓的Znajek条件）的准静态设置之间的强相关性。值得注意的是，能量提取间歇地操作（高效率和低效率的交替片段），而不施加任何嵌入中心对象的大规模磁场。将我们的结果缩放到超大质量黑洞，我们估计系统的典型变化时间尺度是几天到几个月的量级。这样的时间尺度可以解释观测到的TeV发射的最长可变性尺度，例如在M87中。
2020-07-13 astro-ph.HE
On the existence of the Blandford-Znajek monopole for a slowly rotating Kerr black hole
Blandford-Znajek微扰是一个在缓慢旋转的克尔黑洞附近的无力电动力学的微扰解，假设被定义为小角动量的微扰。它被用来论证从旋转的黑洞中提取能量的Blandford-Znajek过程。我们建立了一个仔细的分析的扰动定义的布兰德福德-Znajek，特别是显示，该政权中，它被定义允许使用的技术匹配渐近展开。我们的结论是，Blandford-Znajek的定义，是不符合要求的物理合理的边界条件远离事件视界。这使人们对布兰德福德-兹纳杰克黑洞的存在产生了疑问，至少在克尔黑洞缓慢旋转的极限下是这样。
2018-10-17 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Constraints on Gamma-ray Burst Inner Engines in a Blandford-Znajek Framework
假设伽马射线暴（GRB）最终是由一个高速旋转黑洞BH的Blandford-Znajek（BZ）喷流产生的，我们对观测到的长短GRB所需的磁场和BH质量进行了限制。对于在$2-10 M_{\odot}$（长伽玛暴）和$0.5-4 M_{\odot}$（短伽玛暴）范围内的BH，我们发现需要在$5x10^{14} \lesssim B \lesssim 10^{17}$ G范围内的磁场来为观测到的伽玛暴提供能量。在简单的通量守恒假设下，我们估计了长、短伽玛暴的祖星系统的磁场，发现单个大质量祖星需要$\sim 10^{6}$ G场，NS并合系统需要$\sim 10^{15}$ G场.我们还讨论了伽玛暴BH盘系统中的高磁场的影响和后果，在MRI领域的增长和磁制动盘。最后，我们研究的条件下，祖系统可以保留足够的角动量，以创建BH旋转足够快的BZ喷气机的动力。
2019-02-05 astro-ph.HE
Robustness of the Blandford-Znajek mechanism
Blandford-Znajek机制长期以来被认为是试图解释活动星系核、类星体、耀暴等中强大喷流的模型中的关键成分。在这种机制中，能量从旋转的黑洞中提取，并在远距离的负载下耗散。在目前的工作中，我们研究的行为的BZ机制相对于不同的边界条件，揭示了这些条件的变化机制的鲁棒性。因此，这项工作填补了我们对这一重要情况的理解方面的空白。
2011-02-17 astro-ph.HE gr-qc
Jet Luminosity of Gamma-ray Bursts: Blandford-Znajek Mechanism v.s. Neutrino Annihilation Process
围绕旋转恒星质量黑洞的中微子吸积流是伽马射线暴的中心引擎之一。两种机制，即，BZ机制和中微子湮灭过程被认为是伽玛暴的动力学机制。利用Xue et al.（2013）的解析解，忽略磁场组态的影响，我们估算了BZ和中微子湮灭光度作为盘质量和BH自旋参数的函数，以对比观测到的伽玛暴喷流光度。结果表明，虽然中微子湮灭过程可以解释绝大多数的伽玛暴，但BZ机制更有效，特别是对于长持续时间的伽玛暴。实际上，如果把伽玛暴的余辉和耀斑的能量也包括在内，这两种机制的区别就更明显了。此外，大质量盘和高BH自旋有利于伽玛暴的高亮度。最后，我们讨论了可能的物理机制，以提高磁盘质量或中微子发射率的NDAF和这两种机制之间的相关差异。
2015-04-15 astro-ph.HE
Blandford-Znajek Effect and Neutrino Pair Annihilation as the Central Engines of Gamma Ray Bursts and Blazars
本文重新考察了渐近磁场条件下的 Blandford-Znajek 过程，并将其与中微子对湮灭驱动的喷流机制相结合，以解释伽马射线暴和耀变体的中心引擎。
2025-07-14 astro-ph.HE hep-ph
Where is the electric current driven in the Blandford-Znajek process?
Blandford-Znajek过程是从旋转的黑洞中提取稳定的电磁能量，被广泛认为是驱动相对论喷流的工作，尽管电流在哪里驱动仍存在争议。我们解决这个问题的分析，通过调查的Boyer-Lindquist和Kerr-Schild坐标系的时间依赖状态。这一分析表明，一个非理想的磁流体动力学区域是需要在时间相关的状态，而不是在稳态。
2016-11-29 astro-ph.HE gr-qc
Electrically-charged black holes and the Blandford-Znajek mechanism
最近，有人声称，由在对齐的外部磁场中旋转的黑洞吸积电荷导致“死”真空磁层，其中电场被完全屏蔽，不可能发生真空击穿，并且Blandford-Znajek机制不能操作King & Pringle（2021）。本文详细研究了Wald（1974）关于带电黑洞解的性质。我们的结果表明，这种说法是错误的，因为在具有临界电荷$q_0=2aB_0$的解中，除了与对称轴重合的一条线外，沿所有磁场线都存在静电势的下降。我们还发现，当不带电的旋转黑洞将外部真空磁场从它们的事件视界中排出（迈斯纳效应）时，黑洞的带电将磁场线拉回到它上面，类似于在以前的一些无力，RMHD和PIC模拟黑洞磁层中观察到的情况。这表明电荷的吸积可能确实是黑洞电动力学的一个特征。然而，我们的分析表明，由Wald给出的BH电荷的值$q_0$可能只是一个上限，实际值取决于磁层物理的细节。
2021-09-01 astro-ph.HE
Blandford-Znajek power as a strong-gravity signature
本文综述了Blandford-Znajek机制及黑洞磁层解析构造，指出高阶微扰修正可预测新特征，并证明BZ功率可作为强引力特征检验广义相对论及其他引力理论。
2024-11-13 astro-ph.HE gr-qc
General Relativistic Magnetohydrodynamic Simulations of Blandford-Znajek Jets and the Membrane Paradigm
最近的观测表明，星系X射线双星中喷流功率与黑洞自旋的标度关系与Blandford-Znajek（BZ）喷流模型的预言是一致的。这些观测结果促使我们利用广义相对论磁流体动力学方法对吸积（h/r ~ 0.3）、自旋（0 < a_* < 0.98）黑洞的磁化喷流进行模拟，重新审视BZ模型。我们有三个主要结果。首先，我们量化的BZ喷流功率和我们的模拟之间的差异：假设最大效率和均匀的领域在地平线上导致一个约10%的高估喷流功率，而忽略吸积盘导致进一步的约50%高估。简单地将标准BZ喷气动力预测降低60%，就能很好地拟合我们的模拟数据。我们的第二个结果是表明，膜配方的BZ模型正确地描述了物理基础模拟射流：扭矩，耗散和电磁场的地平线上。这为黑洞的能量提取过程提供了直观而严谨的图片。第三，我们计算了负载区域的有效电阻，并表明负载和黑洞实现了近乎完美的阻抗匹配。总之，这些结果增加了我们对BZ模型作为天体物理学黑洞观测到的喷流的正确描述的信心。
2013-07-17 astro-ph.HE
Black hole growths in gamma-ray bursts driven by the Blandford-Znajek mechanism
该研究基于观测 GRB 样本，用 BH 超吸积盘驱动的 BZ 机制模拟喷流突破后的黑洞质量与自旋演化，发现黑洞增长基本不依赖初始质量且低初始自旋更有利，并量化了长、超长和短 GRBs 中的增长差异。
2023-12-05 astro-ph.HE
Consistent Blandford-Znajek Expansion
Blandford-Znajek机制是通过在穿过视界的磁场线上流动的等离子体电流从旋转的黑洞中连续提取能量。在发现论文中，Blandford和Znajek通过求解在小黑洞自旋下有效的微扰膨胀中的无力电动力学方程来证明该机制。试图将这种扰动分析扩展到高阶时遇到了不一致的地方，我们使用匹配渐近展开的方法克服了这个问题，注意解决问题中的所有奇异曲面（光曲面）。工作与dielectric场配置，我们明确地显示如何解决在这个框架中的不一致性，并计算的字段配置比以前已知的高一个顺序。然而，在该顺序下不存在对能量提取率的校正。这些结果证实了小自旋分裂态的基本一致性，为进一步微扰研究Blandford-Znajek机制奠定了基础。
2020-04-04 astro-ph.HE gr-qc hep-th
The essence of the Blandford-Znajek process
从时空的角度来看，无力电磁场的磁场线的动力学可以重写为弦的动力学的非常类似的形式，即，动态的“现场表”。使用这种形式主义，我们明确地表明，固定和轴对称无力电磁场的场片具有相同的固有性质的刚性旋转Nambu-Goto弦的世界片。因此，我们得出结论，布兰德福德Znajek过程是运动学上相同的能量提取机制，由南武后藤字符串与有效的磁张力。
2018-03-29 astro-ph.HE gr-qc hep-th
The Blandford-Znajek theory revisited
Blandford-Znajek理论（1977）通常被用来理解强大的相对论喷流的产生。然而，它也可以提供关于旋转黑洞、其能层和周围吸积盘之间反馈的重要见解。这些系统之间的能量流动可以通过研究作为滑移因子的函数的BZ功率来理解，滑移因子又被定义为黑洞的角速度和磁场线（通常锚定在磁盘上）的角速度的函数。不同的阶段可以解释不同类型的活动星系核（有/没有喷流），但也可以帮助理解合并的二元活动星系核的演化。
2016-01-15 astro-ph.HE gr-qc
The Black Hole Meissner Effect and Blandford-Znajek Jets
旋转的黑洞往往会排出磁场。在这方面，它们类似于超导体。人们一直担心，这种黑洞“迈斯纳效应“可能会在高自旋时熄灭喷流功率。这将使天鹅座X-1和GRS 1915+105中快速旋转的黑洞不可能驱动布兰德福德-兹纳杰克喷流。我们给出了一个简单的几何参数，为什么在视界附近完全径向的场不会被迈斯纳效应驱逐，并可能继续为喷流提供动力直到极值极限。一个简单而自然的例子是分裂的磁场。我们强调，如果迈斯纳效应起作用并排斥磁场，普通的布兰德福德-兹纳杰克喷流是不可能的。最后，我们注意到，在我们的广义相对论磁流体动力学模拟的黑洞喷流，没有证据表明，喷流是淬火的迈斯纳效应。模拟的喷气机自发地发展出一个大的分裂涡分量，这支持了我们关于如何避开迈斯纳效应的建议，以及快速旋转的黑洞的喷气机在本质上是有动力的。
2014-06-16 astro-ph.HE gr-qc
Blandford-Znajek mechanism in the general stationary axially-symmetric black-hole spacetime
本文研究了一般轴对称渐近平坦缓转黑洞电磁能量提取的Blandford-Znajek过程。利用黑洞时空的一般参数化，我们构造了磁场的通量和能量提取率的公式，这些公式不仅对克尔时空有效，而且对它的任意轴对称变形也有效。我们表明，在主导秩序，这些数量只依赖于一个单一的变形参数，它涉及的自旋频率的黑洞与它的旋转参数。
2021-12-01 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Blandford-Znajek process as Alfvénic superradiance
讨论了无力磁层中Alfvén波的超辐射散射，揭示了Blandford-Znajek（BZ）过程与超辐射的关系.为了简单起见，我们考虑一个四维旋转黑弦时空，其中每个$z=\text{const}$切片都是一个Bañados-Teitelboim-Zanelli解，作为克尔时空赤道面的类比。然后，它被证实，Alfvénic超辐射的条件符合的BZ过程，和波放大可以是非常大的，由于共振散射的波频率和磁场线的角速度的某些参数集。此外，通过对坡印亭通量的分析，我们首次证明了BZ过程可以解释为Alfvénic超辐射的长波长极限。
2020-01-05 astro-ph.HE gr-qc
Fourth-order split monopole perturbation solutions to the Blandford-Znajek mechanism
Blandford-Znajek（BZ）机制描述了一个从旋转黑洞（BH）中提取能量的物理过程，BH被认为是活动星系核（AGN）和伽马射线暴（GRB）等多种天体物理源的能量来源。BZ机制的唯一已知解析解是直到$O(a^2)$的分裂微扰解，其中$a$是Kerr黑洞的自旋参数。本文将该解推广到高阶$\sim O(a^4)$。我们仔细研究了BH磁层的结构，包括磁力线的角速度$Ω$，环向磁场$B^ϕ$以及极向电流$I$。此外，还研究了相应的能量提取率$\dot E$和这种高阶微扰解的稳定性。
2015-03-17 astro-ph.HE gr-qc
Comparison of gravitational waves from central engines of gamma-ray bursts: neutrino-dominated accretion flows, Blandford-Znajek mechanisms, and millisecond magnetars
围绕旋转恒星质量黑洞的中微子主导吸积流是伽马射线暴的中心引擎之一。由于NDAF中微子发射的时变和各向异性导致GRB的变化，NDAF可以被看作是强引力波（GW）的源。我们计算了GW应变对BH自旋和吸积率的依赖关系。我们证明，对于典型的单脉冲或多脉冲GRB，在$\sim 10-100$ Hz的LIGO/Einstein望远镜上，在$\sim 100$ kpc/ $\sim 1$ Mpc的距离上都可以探测到NDAF产生的GWs。除了NDAF之外，另外两个有竞争力的伽玛暴中心引擎候选者是Blandford-Znajek（BZ）机制和毫秒磁星。我们还研究了这两种情况下的GW信号，并将相应的结果与NDAF的结果进行了比较。我们发现，对于一定的伽玛暴，NDAF的可能探测距离比BZ机制的可能探测距离高两个数量级，但比磁星的可能探测距离至少低两个数量级。BZ机制的典型GW频率与NDAF相同，为$\sim 10-100$ Hz，而磁星的典型频率为$\sim 2000$ Hz。因此，可以利用相邻伽玛暴中心发动机释放的GWs来判断伽玛暴中心是否存在N2、BZ喷流或磁星。
2017-10-10 astro-ph.HE
Backreaction of Mass and Angular Momentum Accretion on Black Holes: General Formulation of the Metric Perturbations and Application to the Blandford-Znajek Process
研究了黑洞上质量和角动量吸积的度规反反应。我们首先在Eddington-Finkelstein坐标系中发展了Schwarzschild黑洞周围的双极和偶极线性引力扰动的形式。导出了黑洞的质量和角动量随时间的变化与吸积物质的能量动量张量之间的关系。作为一个具体的例子，我们应用我们的形式主义的Blandford-Znajek过程周围的缓慢旋转的黑洞。我们发现，时间依赖性的双极微扰和偶极微扰可以解释为缓慢旋转的克尔度规与时间相关的质量和自旋参数，这是确定从能量和角动量提取率的Blandford-Znajek过程。我们还表明，当把含时质量参数看作黑洞的能量时，Komar角动量和视视界面积分别随时间减小和增大，而这与黑洞力学中能量提取的Blandford-Znajek论证是一致的.
2021-07-31 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Unified understanding of Alfvénic superradiance and the Blandford-Znajek process in a force-free black hole magnetosphere
本研究统一描述了克尔黑洞无力磁层中阿尔芬超辐射与Blandford-Znajek过程的能量提取机制，揭示了BZ过程为长波长极限，为高能天体物理现象提供新视角。
2025-08-06 astro-ph.HE gr-qc
Blandford-Znajek process in vacuo and its holographic dual
Blandford和Znajek发现了一个过程，通过这个过程，旋转的黑洞可以将旋转能量传递给等离子体，为类星体的能量和喷流发射提供了一种机制。在这里，我们描述了一个版本的这种机制，运作只有真空电磁场以外的黑洞。在天体物理学上并不现实的背景中，要么是一个圆柱形的黑洞，要么是一个生活在2+1时空维度中的黑洞，并且对于广泛的一类度量，场以简单的封闭形式给出。对于2+1维的渐近Anti-de Sitter黑洞，这种机制的全息对偶是角动量和能量通过电阻耦合从包含电场的旋转热态转移到比热态旋转更慢的外部电荷密度。特别地，由于焦耳加热导致的热态的熵增加与黑洞的贝肯斯坦-霍金熵增加相匹配。
2019-05-03 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Enhanced Blandford Znajek Jet in Loop Quantum Black Hole
本文通过二维与三维双温度GRMHD模拟研究旋转Loop量子黑洞的磁化吸积，发现量子效应增强参考系拖曳与环向磁场，从而提升BZ喷流功率，并使GRRT喷流图像更宽、更延展。
2024-05-08 astro-ph.HE gr-qc
Universality of the Blandford-Znajek emission in stationary and axisymmetric spacetimes
Institut für Theoretische Physik（理论物理研究所）；School of Mathematics, Trinity College（三一学院数学学院）；CERN, Theoretical Physics Department（欧洲核子研究中心理论物理部）
研究揭示了布兰登福德-赞杰克机制在不同黑洞时空中的普遍性，指出最低阶贡献不变，但更高阶次会因黑洞特性而异。
2026-07-15 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Two-dimensional Particle-in-Cell simulations of axisymmetric black hole magnetospheres: angular dependence of the Blandford-Znajek flux
我们研究了快速旋转的黑洞（BH）周围的轴对称磁层的临时演变，通过应用我们的二维粒子模拟代码。假设一个恒星质量的黑洞，我们发现所产生的电子对不能沿着磁场屏蔽电场，前提是质量吸积率与爱丁顿极限相比要小得多。磁岛是由赤道附近的重联产生的，并向事件视界迁移，在很大一部分时间内从BH附近排出磁通量管。当磁岛由于红移而粘在视界上并实际上消失时，一个强磁场穿透视界，使从BH有效提取能量成为可能。在这个耀斑阶段，一个BH间隙出现在内部光表面周围，并在能层内有一个朝向赤道的强纬向回流。当质量吸积率为爱丁顿极限的0.025%时，尽管黑洞的长期平均光度只有其解析估计值的6%，但黑洞的自旋下降光度在耀斑期间将是解析估计值的16-19倍。这意味着坡印廷通量的这种纬向集中可能导致低吸积BH系统的边缘增亮喷流的形成。
2022-09-27 astro-ph.HE
Blandford-Znajek Process in Einsteinian Cubic Gravity
本文在爱因斯坦立方引力中构建慢速旋转黑洞并解析计算 Blandford-Znajek 功率，发现耦合常数在自旋二阶相对阶引入修正，表明可通过快速旋转黑洞的 BZ 功率区分广义相对论与高阶导数引力。
2023-05-28 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Electromotive Force in the Blandford-Znajek Process
在活动星系核、星系微类星体和伽马射线暴中，驱动相对论喷流的一种被广泛认为的机制是电磁提取中心黑洞的旋转能量，即，Blandford-Znajek过程，尽管这个过程中电动势的起源仍在争论中。我们将这一过程看作是Kerr黑洞磁层中的稳态单极感应，磁层中充满了无碰撞等离子体，该等离子体沿着磁场（B场）屏蔽电场（D场），D点B = 0。我们扩展了科米萨罗夫提出的公式和论点，并普遍表明，电动势的起源归因于能层。它明确表明，开放的磁场线穿过的能层有一个区域，在那里的D场比B场强的能层，它保持驱动极向电流，并产生电动势和向外坡印亭通量。推导了能层中穿过赤道面的磁场线Ω_F的所谓角速度的可能值范围。我们简要地讨论了我们的结论与理想磁流体力学条件之间的关系。
2014-05-29 astro-ph.HE gr-qc physics.plasm-ph
Blandford-Znajek jets in MOdified Gravity
本文在 MOG 中构建 Kerr-MOG 功率发射磁层并推导静态 MOG 黑洞真空磁场解析解，以利用黑洞喷流观测高精度检验广义相对论。
2024-01-19 astro-ph.HE gr-qc hep-th
On the mechanism of black hole energy reduction in the Blandford-Znajek process
本文采用视界奇异坐标系重审理想MHD下的Blandford-Znajek过程，提出黑洞能量减少源于磁主导入流前沿产生的负电磁能，并分析坡印廷通量与电流回路。
2025-02-17 astro-ph.HE gr-qc
General Relativistic MHD Jets
磁场将旋转黑洞的周围环境连接到很远的距离，似乎是发射相对论喷流的最有希望的机制，这一想法首先由Blandford和Znajek在20世纪70年代中期提出。为了理解这个过程，我们提供了一个简要的介绍动力学和电磁学在时空附近的黑洞。然后，我们提出了一个简单的总结经典的Blandford-Znajek机制及其概念基础。最近，它已经成为可能，研究这些影响，更详细地使用数值模拟。在讨论了哪些方面的问题可以很好地处理的数值方法，哪些方面仍然超出了这些方法的掌握，我们总结了他们的结果。模拟已经证实，类似于经典的Blandford-Znajek机制的过程可以发射强大的电磁主导的喷流，并显示了喷流亮度如何与黑洞自旋和并发吸积率相关。然而，他们还表明，喷流的亮度和可变性可以强烈地依赖于磁场的几何形状。最后，我们将讨论几个重要的未决问题。
2009-09-14 astro-ph.HE
Blandford-Znajek jets in galaxy formation simulations: method and implementation
由活动星系核（AGN）发射的喷流被认为在塑造星系的性质方面起着重要作用，并提供了一种能量可行的机制，通过这种机制星系可以变得淬灭。在这里，我们提出了一种新的活动星系核反馈模型，我们已经纳入AREPO代码，发展的黑洞质量和自旋的吸积流通过薄$α$盘，我们自洽耦合到一个布兰德福德Znajek喷流进行。我们将我们的模型应用到一个典型的无线电大声塞弗特星系嵌入在一个热的环星系介质（CGM）的中心区域。我们发现，喷气发动机进入高压环境thermalise有效地由于形成的热升华冲击和剧烈的不稳定性，这些冲击激发增加CGM和喷气材料的混合效率。然而，更多的超压射流的光束不容易被不稳定性破坏，因此射流底部的大部分动量通量被保留在头部，在那里射流终止于反向激波。所有的射流夹带大量的冷环核盘材料，而能量无关紧要的，占主导地位的瓣质量与热，夹带CGM材料。由于黑洞的有效自我调节，喷流功率显著地演变，由世俗驱动的间歇性质量流供给。由于有效的Bardeen-Petterson扭矩，直接发射到环核盘的射流方向发生了很大变化。有趣的是，这些喷流抹去了圆盘的最里面的区域，并驱动大规模的、多相的、湍流的、双极的外流。
2021-07-29 astro-ph.GA astro-ph.HE
On the efficiency of the Blandford-Znajek mechanism for low angular momentum relativistic accretion
在文献中，Blandford-Znajek（BZ）机制通常被研究为具有相当高的角动量的吸积，导致形成冷的开普勒盘，或者如ADAF/RIAF框架内所描述的热的和几何厚的亚开普勒流。然而，在附近的椭圆星系，以及我们自己的银河系中心，吸积非常低的角动量是普遍的。这种准球形强次开普勒吸积具有复杂的动力学特征，可以容纳定常激波。在这封信中，我们提出了我们的计算的最大效率可通过BZ机制的完整的广义相对论性弱旋转轴对称流在克尔度规。本文详细研究了旋转和反向旋转吸积的激波和激波自由流动。这样的研究在文献中从未做过。我们发现，能量提取效率是低的，约0.1%，并增加了一个因素15，如果包括冲压压力。这种效率仍然比这种光学薄流的辐射效率高得多。对于BZ机制，冲击流比无冲击流产生更高的效率，而逆行流提供的效率值略大于逆行流。
2011-12-01 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Causal production of the electromagnetic energy flux and role of the negative energies in Blandford-Znajek process
Blandford-Znajek过程是一种从旋转黑洞（BH）中提取稳定电磁能量的过程，它被广泛认为是驱动活动星系核、伽马射线暴和银河系微类星体中相对论喷流的重要机制，但关于Poynting流是如何产生的以及BH的旋转能量是如何减少的还存在争议。我们一般性地讨论了克尔BH磁层填充的无碰撞等离子体屏蔽沿磁场的电场，扩展的参数Komissarov和我们以前的文件，并提出了一个新的图片解决的问题。对于穿过能层赤道平面的磁场线，我们发现在该平面附近产生了在坐标基上测量的负能量粒子的流入，作为坡印廷通量产生的反馈，这似乎是一个类似于机械彭罗斯过程的过程。对于穿过事件视界的场线，我们首先表明负电磁能稳定流入的概念在物理上并不重要，部分原因是电磁能量密度的符号取决于坐标。然后在Boyer-Lindquist和Kerr-Schild坐标系下建立了一个含时过程的解析玩具模型，其中无力等离子体连续注入填充真空，并指出等离子体和真空之间的边界上的位移电流和交叉场电流是构成稳定向外坡印亭通量结构的原因.在稳态下，坡印廷通量在没有任何电磁源的情况下保持不变。
2016-05-12 astro-ph.HE gr-qc
Relativistic polytrope from the collimation and acceleration profiles of the M87 jet at subparsec scales and thermodynamic evidence for the Blandford-Znajek mechanism
最近的甚长基线干涉测量观测的相对论性喷流在M87射电星系在43千兆赫显示逐渐相对论加速的等离子体和建议的线性依赖洛伦兹因子对喷流半径的尺度高达8 marcsec（0.65 pc）从核心（2.5 marcsec的投影）。对沿喷流方向不变的反映基本守恒定律的运动积分的一般分析表明，上述依赖关系隐含着一个指数为4/3的多方状态方程。多方指数的推断值似乎独立于维持射流横向平衡的力的确切性质，并表明纵向电流的确切守恒，因此在考虑的尺度上存在稳定的内部电磁结构。在这个指数下，流动是热的，对应于粒子的相对论热力学运动。当多变指数为5/3时，在射流形状不变的情况下，加速效率在8微秒后明显减弱，这可能与等离子体冷却有关。在冷却期间，指数在1.44处发生如此急剧的变化，而没有中间延迟，这有利于电子-正电子等离子体的存在，并且需要布兰福德-兹纳耶克机制至少部分参与M87喷气式飞机的发射。
2019-08-15 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Causal extraction of black hole rotational energy by various kinds of electromagnetic fields
最近的广义相对论MHD模拟表明，来自活动星系核（AGN）的相对论喷流是由中心黑洞的旋转能量驱动的。人们提出了一些提取黑洞转动能的机制，如彭罗斯过程、布兰德福德-兹纳杰克机制、磁流体彭罗斯过程和超辐射机制。Blandford-Znajek机制是活动星系核相对论喷流最有希望的动力机制。然而，这种因果机制的直观解释还不清楚，而彭罗斯过程对负能量黑洞的因果能量提取有明确的解释。本文提出了一个建立物理直观的公式，使得在Blandford-Znajek机制以及其他电磁过程中，负电磁能在因果地提取黑洞的转动能方面起着重要的作用。
2014-07-26 astro-ph.HE gr-qc
Maximal Jet Energy of Gamma-Ray Bursts through the Blandford-Znajek Mechanism
本文构建统一标准薄盘与 MAD 状态的喷流模型，给出磁通量比控制的喷流功率曲线，并解释长、短 GRBs 的能量上限与磁通量需求。
2025-02-17 astro-ph.HE
Blandford--Znajek monopole expansion revisited: novel non-analytic contributions to the power emission
Blandford和Znajek（BZ）分裂是Kerr黑洞电磁能量提取机制的一个重要理论例子。它被构造为一个微扰的低自旋解的力自由电动力学（FFE）。最近，Armas $et~al.$通过澄清明显发散渐近性的问题，使这种构造有了更坚实的基础。这是通过解决外光表面（FFE方程的临界表面）周围的行为来实现的。在此基础上，我们重新审视BZ微扰展开，并将微扰方法扩展到高阶克尔黑洞的自旋参数。我们采用匹配渐近展开和半解析技术，扩展分裂的解决方案，六阶微扰理论。扩展必然包括新的对数贡献的自旋参数。我们表明，这些高阶项对功率和角动量输出产生了非解析贡献。特别是，我们第一次计算的微扰贡献的能量提取在第七和第八阶的自旋参数。由此产生的公式的能量提取提高了协议在有限的自旋与数值模拟。此外，我们提出了一种新的数值方法来解决整个外光表面的FFE方程，从而大大加快收敛速度和更高的精度，并将其扩展到更高阶。最后，我们包括一个一般性的讨论，作为临界面的FFE方程的轻表面。
2022-07-21 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Blandford-Znajek Jets and the Total Angular Momentum Evolution of a Black Hole Connected to a Cosmic String
Dr. Vishwanath Karad MIT-World Peace University（维斯瓦纳特·卡拉德 MIT-世界和平大学）
研究连接宇宙弦的黑洞喷流与总角动量演化，发现喷流能量与宇宙弦张力平方成反比，并探讨其对齐效应及观测潜力。
2025-12-10 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Electron-Positron Cascade in Magnetospheres of Spinning Black Holes
我们定量地研究了自旋（克尔）黑洞（BH）的静止的、轴对称的、无力的磁层，以及由Blandford-Znajek机制提供动力的相对论喷流所需的条件。这些喷流可能来自活动星系核、耀变体、类星体、微类星体、射电活跃星系和其他拥有克尔黑洞的系统。磁层的结构决定了如何提取BH能量，例如，通过Blandford-Znajek机制，将BH转动能转换为坡印亭通量。关键的假设是无力条件，它要求等离子体的密度高于Goldreich-Julian密度。不像中子星原则上可以从表面提供电子，BH根本不能提供等离子体。等离子体必须通过电子-正电子级联产生\em{in situ}，大概是在间隙区域。在这里，我们研究不同的条件下，提供了足够量的等离子体的布兰德福德Znajek机制有效地工作。
2017-06-02 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electromagnetic Energy Extraction from Kerr Black Holes: Ab-Initio Calculations
本文通过广义相对论无碰撞动力学模拟Kerr黑洞磁层，重现了Blandford-Znajek机制下的无力电动力学，验证了该机制的稳健性并准确估计了旋转黑洞的电磁光度。
2025-09-18 astro-ph.HE gr-qc physics.plasm-ph
The low or retrograde spin of the first extragalactic microquasar: implications for Blandford-Znajek powering of jets
在黑洞X射线双星中，向高质量吸积率的转变与强大的相对论运动喷流的喷射有关。驱动这些事件的机制被认为与黑洞的角动量（自旋）、通过圆盘的吸积速率或两者的某种组合有关。我们可以通过比较喷流动力的代用指标和尾旋的估计值来尝试区分这些可能性。由于达到爱丁顿速率的源数量很少，因此被建议作为“标准烛光”，最近有很多关于喷流功率和自旋之间是否存在显着相关性的争论。我们进行连续拟合的高品质，光盘占主导地位的XMM牛顿光谱的河外微类星体中发现的M31。假设自旋为π，我们发现，对于合理的约束，自旋总是很低的（在3 σ时a < 0.15）。当结合一个代理射流功率来自最大的5 GHz的无线电光度在明亮的耀斑事件，我们发现，该源位于远高于先前报道的，上升的相关性，这将表明，自旋攻丝是占主导地位的机制为动力的喷气机。值得注意的例外情况要求倾角小得不可思议，或者喷流非常快。我们调查了这是否可能是选择仅逆行自旋的副产品，发现数据在统计上有利于相同约束的基本逆行自旋（3 σ < -0.17）。虽然理论上不太可能，但这一非凡的发现可能证实了逆行自旋可以通过自旋敲击来为这种喷流提供动力，就像某些射电类星体所建议的那样。无论是哪种情况，这项工作都证明了研究当地河外微类星体的价值，这是更好地理解喷气式飞机发射物理学的一种手段。
2014-01-08 astro-ph.GA astro-ph.HE
The Force-Free Magnetosphere of a Rotating Black Hole
我们重新研究了Blandford & Znajek（1977）过程，并求解了控制Kerr黑洞周围稳态无力磁层结构的基本方程。该解依赖于磁场角速度ω和极向电流I的分布。这些都不是任意的。它们是自洽地确定的，要求磁场线平滑地穿过问题的两个奇异表面，即位于能层内部的内“光表面”和外“光表面”，这是脉冲星光圆柱体的概括。我们找到了最简单的可能的磁场配置的解决方案，分裂磁场，通过一个数值迭代松弛方法类似于一个产生的稳态轴对称无力脉冲星磁层的结构（Contopoulos，Kazanas & Fendt 1999）。我们得到的电磁提取的能量的速率，并确认Blandford和Znajek和以前的时间相关的模拟的结果。此外，我们讨论的物理适用性的磁场配置，不跨越两个“轻表面”。
2013-01-22 astro-ph.HE
Force-free electrodynamics near rotation axis of a Kerr black hole
尽管它们对于理解天体物理学喷流具有潜在的重要性，但克尔黑洞周围磁层的物理上现实的精确解还没有找到，即使在无力近似下。相反，近似的分析解决方案，如Blandford-Znajek（分裂），以及数值解，已被构造。在本文中，我们考虑一种新的方法来分析和建设这样的磁层。我们考虑无力电动力学靠近磁层的旋转轴周围的克尔黑洞假设轴对称。这是无力近似应该工作得最好的区域，也是射流所在的区域。我们进行了系统的研究（分裂）抛物面，抛物面和垂直渐近行为的渐近区域。施加类似于（分裂）的渐近性，我们发现在某些假设下，要求在旋转轴和事件视界的规律性限制流方程的解决方案这么多，它是不可能的解决方案是连续连接到静态（分裂）的史瓦西黑洞周围的旋转极限为零。一方面，这一结果为文献[1]中Blandford-Znajek（split-）算子的渐近性所发现的问题提供了独立的证据。另一方面，我们也指出了我们的论点中可能的警告，人们可以想象地利用修改的布兰德福德-Znajek（分裂）的微扰建设。
2020-01-30 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Signatures of black hole spin in galaxy evolution
我们探讨黑洞自旋和活动星系核功率之间的联系，解决的后果，在最近的文献中的假设，即吸积盘和黑洞之间的间隙区域是根本的产生强大的，自旋相关的，水平线程磁场。在附加的假设下，在AGN的喷流和外流产生的Blandford-Znajek和Blandford-Payne机制，我们表明，最大的喷流/外流功率达到吸积到黑洞具有高度逆行的自旋参数，一个充满活力的激发，但不稳定的引力磁配置。
2009-05-29 astro-ph.CO astro-ph.HE
A Highly Magnetized Twin-Jet Base Pinpoints a Supermassive Black Hole
超大质量黑洞（SMBH）是射电强活动星系核（AGN）中喷流产生的关键。基于Blandford和Znajek的理论模型从克尔黑洞中提取旋转能量，这可能是NGC 1052的情况，以发射这些喷流。这需要$10^3\,$ G到$10^4\,$ G量级的磁场。我们用全球毫米VLBI阵列对AGN NGC 1052的SMBH附近进行了成像，发现了一个明亮而紧凑的中心特征，半径小于1.9光日（100史瓦西半径）。解释这是一个混合的未解决的喷气基地，我们推导出的磁场在1史瓦西半径位于200 G和~80000 G与布兰德福德和Znajek模型一致。
2016-05-24 astro-ph.GA astro-ph.HE
A disk-corona model for low/hard state of black hole X-ray binaries
基于Blandford-Znajek（BZ）过程和Blandford-Payne（BP）过程共存的大尺度磁场位形，提出了一个适用于黑洞X射线双星（BHXB）关联定常喷流低/硬（LH）态的盘冠模型，其中，用于BP过程的磁场配置由从坡印廷能通量到在该过程中的动能通量的能量转换的要求确定。射流研究发现，电晕电流是保证吸积盘喷流发射一致性的关键。讨论了BZ过程与BP过程在黑洞吸积盘喷流驱动中的相对重要性，并基于我们的模型拟合了几种BHXB的LH态，提出了磁场位形可以作为控制BHXB态转变的第二参数.
2014-06-21 astro-ph.HE
Stability of Force-Free Magnetospheres
本文分析了旋转黑洞的无力磁层在扰动下的动力学演化，在定态极限下用Blandford-Znajek解描述。我们发现，电磁场扰动可以分为两类：“陷波模”和“行波“。被捕获的模式类似于旋转黑洞时空中的真空（没有等离子体）电磁准正规模式，但由于它们与背景电磁场和电流的耦合，具有不同的本征频率和波函数。这些行波沿特定的零方向自由传播到无穷远或黑洞视界，它们与Brennan，Gralla和Jacobson发现的无散射Poynting通量解密切相关.我们的研究结果表明，Blandford-Znajek解决方案是模式稳定的，更重要的是，我们希望这项研究能够阐明无力磁层的动力学行为，以及阐明新的精确解的路径。
2014-11-19 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Dual Jets from Binary Black Holes
超大质量黑洞存在于大多数星系的中心，它们的漩涡是星系合并时的自然结果。这些系统的螺旋是极其重要的天体物理学作为巨大的引力波的生产者和在高能电磁事件中的可能作用。我们研究这样的二进制黑洞合并的影响下，外部磁场产生的预期circumbinary磁盘周围。求解爱因斯坦方程来描述时空，并使用无力的方法的电磁场和稀薄的等离子体，我们提出了可能的射流驱动这些系统的数值证据。扩展Blandford和Znajek描述的单个旋转黑洞的过程，出现的图像表明电磁场从轨道黑洞中提取能量，最终合并并进入标准的Blandford-Znajek场景。沿着双喷流和单喷流的排放预计可以在很远的距离上观察到。
2010-05-06 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Resistive alignment of a black-hole magnetosphere
University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）；Dutch Institute for Emergent Phenomena (DIEP)（荷兰涌现现象研究所）；Institute for Advanced Study, University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学高等研究院）；Anton Pannekoek Institute（安东·潘内科克研究所）
针对黑洞磁层磁轴与自转轴对准的物理起源问题，研究人员建立电阻相对论性磁流体力学解析理论，结合resistive-GRMHD模拟验证，发现该对准源于Blandford-Znajek解的二阶自旋效应与电阻耗散共同作用，且模拟结果与解析预测定量吻合。
2026-10-19 astro-ph.HE hep-th physics.plasm-ph
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
Alfvénic superradiance for a monopole magnetosphere around a Kerr black hole
本文在无力近似下研究了轴对称旋转Kerr黑洞磁层中Alfvén波的超辐射。在Kerr时空的赤道平面上，通过分离波函数的变量和引入乌龟坐标，将Alfvén波方程化为一维Schrödinger型方程，并研究了Alfvén波的散射问题.对波动方程的渐近解和朗斯基守恒的分析给出了阿尔芬波的超辐射条件，并将证明该条件与Blandford-Znajek过程的条件一致。这意味着当阿尔夫文超辐射发生时，布兰德福德-兹纳杰克过程也发生在无力磁层中。然后，我们数值计算了阿尔文波的反射率，并证实了阿尔文超辐射在克尔时空中确实是可能的。此外，我们还将讨论阿尔文波的共振散射，这与磁层的“准正规模”有关。
2022-03-11 astro-ph.HE gr-qc
Warping of accretion disk and launching of jet by a spinning black hole in NGC 4258
利用Kerr黑洞（BH）周围的吸积-喷流耦合模型拟合了NGC 4258从射电到X射线的最新宽带谱能量分布，其中喷流和扭曲的H2O脉泽盘分别由自旋BH通过Blandford-Znajek机制和Bardeen-Petterson效应触发.吸积流由内部的辐射无效吸积流（RIAF）和外部的截断标准薄盘组成，其中NGC 4258的转捩半径R_tr~3*10^3Rg是基于其窄Fe K $α$线的宽度和可变性确定的。混合射流形成模型是Blandford-Znajek模型的一个变体，用于模拟射流功率。因此，我们可以估计吸积率和BH自旋通过两个观测量-X射线发射和喷流功率，其中观测喷流功率估计从低频无线电发射。通过这种方法，我们发现NGC 4258的BH应该是温和自旋的，其无量纲自旋参数a *=0.7 \pm 0.2。外薄盘主要辐射近红外波段，喷流主要辐射射电波段。利用上述估算的BH自旋和基于H_2O脉泽物理存在而推断的脉泽盘区域的吸积率，我们发现如果由Bardeen-Petterson效应驱动的话，其弯曲半径为~8.6 × 10^4R_g，这与观测结果非常一致。
2013-09-04 astro-ph.HE
On Spin Dependence of the Fundamental Plane of Black Hole Activity
星系核中黑洞活动的基本面（FP）将X射线和射电光度与黑洞质量和吸积率联系起来。然而，数据显示出很大的分散性，这促使我们使用一个新的变量。我们加入BH自旋作为一个新的变量，并估计自旋依赖的喷流功率和磁盘的光度在无线电和X射线光度。我们假设Blandford-Znajek过程是外流的主要来源，并发现在中等和大的自旋值下，喷流功率对BH自旋的依赖比二次依赖更强。我们对10个具有亚爱丁顿吸积率的活动星系核进行了统计分析，并发现自旋依赖关系对数据的描述明显更好。这一分析，如果得到更多的数据支持，不仅可以暗示FP关系的自旋依赖性，而且在AGN喷流的布兰德福德Znajek过程。
2020-04-21 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
