Polarimetric signatures of hot spots in black hole accretion flows
在人马座A* 超大质量黑洞系统中观测到的耀斑事件可以归因于近视界吸积流的非均匀性。该流动中的明亮区域可能与密度或温度各向异性有关，即所谓的“亮点”或“热点”。这种轨道特征可以解释红外波长的观测以及最近在毫米波长的发现。在这项工作中，我们研究了发射从轨道赤道亮点，施加在一个辐射效率低下的吸积流的背景下，找到极化功能指示的基本磁场结构和其他系统变量，包括倾角，斑点大小，黑洞自旋，等等。具体来说，我们调查这些参数对斯托克斯Q-U签名，通常表现出一个典型的双环（椒盐卷饼状）结构的影响。我们的半解析模型，描述了基本的等离子体条件和轨道点，是建立在框架内的数值辐射转移代码ipole，计算同步辐射在230 GHz的发射。我们展示了各种各样的Q-U循环签名以及内循环和外循环之间的关系。对于垂直磁场拓扑结构，内部Q-U环被解释为抑制的同步辐射，如所看到的由遥远的观察者。对于径向和环向磁场拓扑，内部\quloop对应于光点相对于观测者后退的轨道部分。基于我们的模型，我们得出结论，这是可能的约束的基础磁场拓扑结构的Q-U环的几何形状的分析，特别是结合圆极化测量。
2022-09-20 astro-ph.HE gr-qc
Polarized signatures of orbiting hot spots: special relativity impact and probe of spacetime curvature
本文通过比较闵可夫斯基与史瓦西时空中轨道热点的QU环偏振特征，区分狭义相对论与广义相对论效应，并揭示光线弯曲导致的镜像不对称性可用于探测时空曲率。
2023-09-18 astro-ph.HE gr-qc
Testing alternative theories of gravity by fitting the hot-spot data of Sgr A*
本研究通过拟合Sgr A*热斑观测数据，检验多种修正Kerr黑洞时空（如带电、暗物质及参数化脏Kerr模型），并约束相关引力理论参数。
2022-01-12 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Fitting the light curves of Sagittarius A* with a hot-spot model
本文通过扩展热斑模型并在贝叶斯框架下拟合Sgr A*的ALMA偏振光变曲线，推断出其倾角、轨道周期、半径及自旋等参数，并发现非开普勒运动模型能显著改善拟合。
2024-03-05 astro-ph.HE
Hot-spot model for accretion disc variability as random process - II. Mathematics of the power-spectrum break frequency
我们研究了平稳随机过程背景下吸积盘变率的一些一般性质。特别是，我们感兴趣的数学约束，可以施加在傅立叶功率谱密度（PSD），表现出多重破碎的形状和几个局部最大值的函数形式。我们开发了一种方法，用于确定模型参数空间的区域，该区域原则上可以再现具有给定数量和位置的局部峰值和PSD斜率的中断的PSD形状。考虑到可能参数的巨大空间，重要的要求是该方法对于模型的给定参数集快速估计PSD形状。我们产生和讨论的理论PSD配置文件的散粒噪声型随机过程的指数衰减耀斑。然后，我们确定的条件下，一个，两个或更多的休息或局部最大值发生在PSD。我们计算了这些特征的位置，并确定了模型PSD的变化斜率。此外，我们考虑了调制的影响，由轨道运动的变化模式，假设从一个轨道点模型。我们建议，我们的一般方法可以用于描述非单调PSD配置文件（如在不同尺度上看到的趋势，在高质量X射线双星天鹅座X-1和窄线塞弗特星系方舟564的示例性情况下）。我们采用了一个模型，这些功率谱再现为几个洛伦兹的叠加与不同的振幅在X射线波段的光变曲线。我们的一般方法可以帮助约束模型参数，并确定在各种情况下参数空间的哪些部分是可访问的。
2013-06-21 astro-ph.HE
Power density spectra of modes of orbital motion in strongly curved spacetime: obtaining the observable signal
在几个吸积低质量双星的X射线光变中出现了高频准周期振荡（HF QPO）。在一系列的工作中，有人建议这些QPO可能与靠近吸积盘内缘的不均匀性有关。在本文中，我们探讨的外观所产生的可观测信号的小辐射圆形热点移动沿准椭圆轨道接近最内层的稳定圆轨道在史瓦西时空。我们的考虑考虑到了以罗西X射线定时探测器（RXTE）为代表的过去二十年中一直在运行的天文台的能力，以及以大型X射线定时天文台（LOFT）为代表的拟议的未来仪器。为了这些目的，我们选择这样的模型参数，导致光变曲线与银河系黑洞源，特别是微类星体GRS 1915 + 105中观察到的光变曲线。我们发现，当一个弱信号对应的热点开普勒频率是周围的RXTE可探测性的限制，LOFT观测可以清楚地揭示其第一和第二谐波。此外，在某些特定的情况下，也可以检测光斑的径向周转频率。最后，我们还比较了斑点产生的信号与轴对称周转圆盘振荡模式产生的信号，并讨论了通过拟议的未来技术可以识别的关键差异。我们的结论是，识别信号的谐波含量的能力可以帮助区分不同的物理模型。
2014-01-17 astro-ph.HE
Testing the nature of the supermassive black hole candidate in SgrA* with light curves and images of hot spots
广义相对论对黑洞周围的时空几何作出了明确的预言。在不久的将来，新的设施将有能力探索SgrA $^*$（银河系中心的超大质量黑洞候选者）周围的度量，并打开一个新的窗口来测试克尔黑洞假设。在本文中，我们计算光变曲线和图像与紧凑的发射区（热点）围绕克尔和非克尔黑洞。我们研究如何分析的热点发射的辐射的属性可以用来测试克尔性质的SgrA $^*$。我们发现，唯一的观察热点光变曲线可以限制在最多的组合的黑洞自旋和可能的偏离克尔解决方案。这是因为在克尔黑洞周围的相同轨道频率可以被发现用于具有不同自旋参数的非克尔物体。由于背景几何形状引起的光变曲线中的二阶校正通常太小而不能被识别。虽然热点质心轨迹的观测可能会限制克尔解的可能偏差，但这对于不久的将来的VLTI仪器GRAVITY来说是遥不可及的。克尔黑洞假说可以通过在围绕SgrA $^*$的紧凑轨道上发现一颗射电脉冲星来验证。对这样一颗脉冲星的射电观测将提供对SgrA $^*$的质量和自旋的精确估计，而这些测量（探测弱场）与热点光变曲线信息（探测强场）的结合可能会以相当高的精度限制/发现可能与克尔解的偏差。
2014-05-15 astro-ph.HE gr-qc
Polarized equatorial emission and hot spots around black holes with a dark matter halo
本研究模拟带暗物质晕的黑洞吸积盘极化，发现直接图像偏差小于1%，间接图像偏差小于10%，表明探测暗物质影响极具挑战。
2025-03-27 astro-ph.HE gr-qc
Spin and mass of the nearest supermassive black hole
围绕吸积黑洞的热等离子体斑点或团块的准周期振荡（QPO）包含了关于黑洞质量和自旋的信息。吸积流中亮点的纬向振荡频率和黑洞事件视界旋转的频率是测量黑洞质量和自旋的有希望的观测特征。这两个频率都与吸积模型无关，完全由黑洞引力场的性质定义。借助吸积等离子体热点的信号调制对已知的QPO数据进行解释，揭示了银河系中心超大质量黑洞的克尔度规旋转参数$a=0.65\pm0.05$和质量$M=(4.2\pm0.2)10^6M_\odot$。同时，将观测到的11.5 min QPO周期分别与黑洞事件视界旋转周期和吸积流热点纬向振荡周期相对应.所描述的方法是适用于黑洞的吸积率低，吸积等离子体是透明的事件视界区域。
2014-11-28 astro-ph.HE gr-qc
Tidal effects in the motion of gas clouds around boson stars
我们报告模拟潮汐破裂云轨道球对称紧凑玻色子星在两个不同的制度。首先，我们考虑云在三个不同的约束轨道接近玻色子星，并分析这些碎片形成的机制。我们从模拟中推断，这些热点的寿命更长的圆形轨道上的云比偏心轨道上的云。接下来，我们将比较玻色子星和史瓦西黑洞周围圆形轨道上更大范围和更小密度云的演化。作为模拟的结果，我们观察到玻色子星周围形成了环状结构，具有螺旋激波结构和恒定的热韧致辐射总亮度。这最终的配置与黑洞的情况形成强烈对比，在黑洞的情况下，气体完全被捕获在事件视界后面。
2021-06-17 astro-ph.HE gr-qc
Probing spacetime around Sagittarius A* using modeled VLBI closure phases
银河系中心的超大质量黑洞人马座A* 的发射区和黑洞阴影可以用毫米甚长基线干涉测量法探测。我们的目标是探测发射等离子体周围的Sgr A* 的几何形状，通过使用模型化的毫米VLBI关闭相位计算在1.3毫米，并限制观察者的倾斜角和位置角的黑洞自旋轴。我们已经模拟了三种不同模型的Sgr A* 的发射图像：轨道斑点，磁盘模型和喷流模型。轨道点模型被用作测试案例的情况下，而磁盘和喷流模型是物理驱动的情况下，基于标准的三维广义相对论磁流体动力学模拟的热吸积流。我们的研究结果进行了比较，目前可用的关闭阶段的观测限制。我们的研究结果表明，更多的模型与更接近的边缘上的视角是一致的观测限制。一般来说，射流和盘的几何形状可以再现类似的关闭阶段，为不同的观察和位置角度。因此，有利的黑洞自旋方向和它的大小是强烈的模型依赖。我们发现，喷流和磁盘模型可以解释目前的VLBI限制。我们的结论是，新的观测在1.3毫米，可能在更长的波长，包括其他三角形的VLBI基线是必要的解释Sgr A* 发射和推定的黑洞自旋参数。
2016-02-04 astro-ph.GA astro-ph.HE
Radiation reaction of charged particles orbiting magnetized Schwarzschild black hole
在许多与天体物理有关的情况下，作用在电荷上的辐射反作用力是不可忽略的，因而产生了在这种情况下圆轨道的位置和稳定性问题。在平坦时空中，带有辐射反应的点电荷的运动可用Lorenz-Dirac（LD）方程描述，而在弯曲时空中，则用包含Ricci项和尾项的DeWitt-Bertzme（DWB）方程描述。我们表明，基本粒子在真空度规的DWB方程的运动可以减少到协变形式的LD方程，我们在这里使用。一般来说，LD方程是困扰失控的解决方案，所以我们讨论的计算方法，以避免这个问题，在构造数值解。我们还使用协变LD方程，这是协变的Landau-Lifshitz方程的第一次迭代，比较这两种方法的结果，并显示在超相对论的情况下的三阶Schott项的小。我们计算了相应的能量和角动量损失的粒子和研究的阻尼带电粒子振荡的平衡半径。我们发现，取决于洛伦兹力的方向，振荡的带电粒子要么螺旋下降到黑洞，或稳定的圆形轨道衰减其振荡。后一种情况导致一个有趣的新结果，即粒子轨道从黑洞向外移动。我们还讨论了所提出的方法的天体物理相关性，并提供模型的主要参数的估计。
2018-03-26 astro-ph.HE gr-qc
Roche Accretion of stars close to massive black holes
在本文中，我们考虑的罗氏吸积在极端质量比螺旋（EMRI）的双星系统形成的一颗恒星绕一个巨大的黑洞。最终的目标是探测黑洞的质量和自旋，并从由此产生的准周期信号中提供强场区域中的广义相对论的测试。在吸积开始之前，恒星轨道被假定为圆形和赤道，并由于引力辐射而收缩。在相对论范围内，给出了新的螺旋时间和辐射反作用力矩的拟合公式。如果吸入的恒星在黑洞的最内稳定圆轨道（ISCO）之外充满了它的洛希瓣，气体将通过内拉格朗日点（L1）流向黑洞。给出了洛希瓣所包围体积的相对论插值公式。如果这种质量转移发生在一个比热时间尺度快但比动力学时间尺度慢的时间尺度上，那么恒星将以螺旋形的方式演化，并且在大多数情况下，将从黑洞后退，同时填充其洛希瓣。我们计算了在相对论区域中，不同类型恒星的轨道周期和质量转移率将如何通过“罗氏演化”而变化。我们设想质量流最终撞击吸积盘，在那里它形成一个围绕黑洞的热点，并可能最终用恒星轨道频率调制光度。这种调制的可观测性进行了讨论，随着一个可能的解释，在X射线发射的RE J1034+396的间歇1小时的周期。
2011-10-13 astro-ph.HE
Bound orbits of a slowly evolving black hole
黑洞的束缚轨道是很好理解的。给定一个质量为$M$、自旋为$S = aM^2$的克尔黑洞，用轨道几何的函数来描述它的轨道是很简单的。如果黑洞本身在演化，轨道会如何变化？如果绕轨道运行的天体进化，轨道会如何变化？在本文中，我们考虑一个过程，改变黑洞的质量和自旋，这样的作用，时空描述的克尔解决方案在任何时刻，或改变轨道上的身体的质量。假设这个变化发生得很慢，轨道的作用量（$J_r, J_θ, J_ϕ$）是{ \it绝热不变量}，因此在这个过程中是恒定的。通过强制绝热不变性的行动，我们推导出如何轨道的演变，由于黑洞的质量和自旋的变化，并在轨道上的身体的质量。我们展示了这些结果的影响与几个例子：如何轨道响应，如果吸积改变了黑洞的质量和自旋;它如何响应，如果轨道上的身体的质量变化，由于吸积;以及如何螺旋的一个小机构到一个黑洞是受影响的改变，由于引力辐射吸收的事件视界的质量和自旋。在所有情况下，影响都很小，但可能比以前的工作中发现的大一个数量级或更大，因为以前的工作没有考虑到轨道如何因这些影响而作出反应。
2019-08-27 astro-ph.HE gr-qc
Upper-twin-peak quasiperiodic oscillation in x-ray binaries and the energy from tidal circularization of relativistic orbits
在低质量X射线双星（LMXB）的功率谱中发现的高频准周期振荡（HF QPO）可以揭示强场区域的引力指纹。利用能量-动量关系，计算了在吸积盘中运行的等离子体团在其微偏心相对论轨道圆化过程中释放的能量。根据以前的工作，我们强调强潮汐力作为机制，以耗散这种能量。我们表明，潮汐作用于集群能够再现所观察到的相干性的上部HF QPO中看到的LMXB与中子星（NS）。团簇释放的能量和相对论性增强可能给出与在高频QPO上层观测到的一致的调制幅度。NS LMXB中高频QPO的振幅和相干性都可以使我们首次揭示中子星周围相对论轨道的潮汐圆化。
2017-11-05 astro-ph.HE
Near-infrared polarimetry as a tool for testing properties of accreting super-massive black holes
几个大质量的黑洞在时间尺度上表现出通量的变化，对应于几个史瓦西半径量级的源大小。我们调查了近红外和X射线偏振测量的潜力，以约束这样的黑洞系统的物理性质，即它们的自旋和倾角。我们已经集中在一个模型中的轨道热点是嵌入在一个吸积盘。一种新的方法，搜索正交极化通道之间的时间延迟的开发和应用到一个合奏的热点模型，采样范围广泛的参数空间。我们发现，热点模型预测的签名在偏振光，这是在不久的将来直接测量的范围内。然而，我们的估计预测的假设开普勒速度分布内的流的主要部分的磁场是环形的。我们还发现，如果可以为每个源选择正确的吸积流模型（例如，基于磁流体动力学模拟），则黑洞的自旋和倾角可以被限制在自旋倾角空间中的一个小的二维区域。应用该方法的人马座A*（Sgr A*）的近红外偏振数据的结果。它表明，即使与目前可用的数据的Sgr A* 的自旋和倾角可以被约束。下一代近红外和X射线偏振仪应该能够利用这一工具。
2011-02-03 astro-ph.HE gr-qc
Physical laboratory at the center of the Galaxy
我们回顾了发生在银河系中心的物理过程，这些过程与居住在那里的超大质量黑洞Sgr A* 有关。围绕Sgr A* 的高速S0恒星的发现首次允许测量这个超大质量黑洞的质量，这是离我们最近的一个，精度为10%，结果是$M_h=(4.1\pm0.4)\times 10^6M_\odot$。进一步的监测有可能发现S0恒星轨道在黑洞的引力场中由于不可见的分布物质而产生的牛顿进动。这将产生集中在那里的难以捉摸的暗物质的“重量”，并为暗物质粒子的识别提供新的信息。在银河系中心的“休眠类星体”的弱吸积活动偶尔表现为准周期的X射线和近红外振荡，平均周期为$11$和$19$ min。这些振荡可能与Sgr A* 事件视界的旋转频率和吸积盘中热等离子体点的纬度振荡有关。这两个频率只依赖于黑洞的引力场，而不是吸积模型。使用这种解释产生相当准确的值为质量$M_h$和自旋$a$（克尔旋转参数）的Sgr A*：$M_h=(4.2\pm0.2)\times 10^6M_\odot$和$a=0.65\pm0.05$。
2015-12-09 astro-ph.HE
The light ring and the appearance of matter accreted by black holes
黑洞时空的几何形状可以在引力波窗口中精确地探测，也可能在光学范围内。我们研究非旋转的黑洞对亮点的吸积作用--亮点是在光学或引力波中发射出强烈辐射的物体。当物体落入黑洞时，其辐射主要由光子或引力子围绕光环运行，导致总光度以${\cal L}_o\sim e^{-t/(3\sqrt{3}\,M)}$的形式呈指数下降。晚期辐射是蓝移的，因为它是在坠落期间发射的，被捕获在光环中，随后重新发射。这些普适性质是时空中存在光环的明确标志，并且对近视界的细节并不特别敏感。
2021-04-23 astro-ph.HE gr-qc physics.space-ph
General relativistic resistive magnetohydrodynamics with robust primitive variable recovery for accretion disk simulations
黑洞天体物理学的最新进展，特别是事件视界望远镜（EHT）在星系M87中心发现的第一个超大质量黑洞的视觉证据，以及引力合作组织在银河系中心Sgr A* 的事件视界附近探测到的轨道“热点”，需要开发新的数值方法来理解潜在的等离子体微观物理学。与这种热点有关的非热辐射被证明是源于等离子体团，这些等离子体团是由于最内层吸积区薄电流层中的磁重联而形成的。在黑洞吸积盘和喷流中，电阻率在电流片的形成、磁重联和等离子体团的生长中起着至关重要的作用。在三维广义相对论磁流体动力学（GRMHD）程序BHAC中加入了电阻率，并提出了一种隐式-显式方案来处理GRMHD方程中的刚性电阻源项。该算法进行了测试，结合自适应网格细化，以解决电阻尺度和约束运输方法，以保持磁场螺线管。原始变量的恢复，相对论磁流体动力学代码的关键部分，提出了几种新的方法，并比较的准确性，鲁棒性和效率。我们提出了一个新的反演策略，允许连续GRMHD模拟低气磁压力比和高磁化制度适用于黑洞吸积盘，喷气机，和中子星磁层。我们应用新的方案来研究电阻率对吸积黑洞的影响，并考虑了重联的耗散效应。
2019-08-06 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
