The inner disk radius in the propeller phase and accretion-propeller transition of neutron stars
研究了具有光学厚、几何薄吸积盘的磁化中子星产生稳定螺旋桨效应的临界条件。我们已经表明，通过简单的分析计算，一个稳定状态的螺旋桨机制不能维持在一个内部磁盘半径的粘性和磁应力平衡。通过使这些应力相等计算出的半径通常被发现接近于传统的球形吸积的阿尔芬半径r_A。我们的研究结果表明：（1）稳定的螺旋桨相位可以用最大内部盘半径建立，该最大内部盘半径至少比r_A小\sim 15倍，这取决于盘的质量流率、旋转周期和恒星的磁偶极子场的强度，（2）对应于吸积-螺旋桨转变的临界吸积速率比用r_A等于ω_A估计的速率低几个数量级。旋转半径我们的结果是一致的过渡毫秒脉冲星的性质之间的吸积供电的X射线脉冲星和旋转供电的射电脉冲星状态的转变。
2016-12-01 astro-ph.HE
Global simulations of magnetorotational turbulence I: convergence and the quasi-steady state
磁旋转湍流为吸积盘中的角动量输运提供了一种可行的机制。我们提出了全球性的，三维（3D），MHD吸积盘模拟，调查分辨率的湍流应力的依赖性。收敛的时间和体积平均应力-气体压力比，在值为$\sim0.04$，被发现的模型与径向，垂直和方位角分辨率为12-51，27，和12.5细胞每刻度高度（模拟网格是这样的细胞每刻度高度在径向方向上变化）。对盘的主体（|z| <2 H）进行控制体积分析，以检查磁能的产生和去除。麦克斯韦应力与平均磁盘旋转相结合，主要负责磁能的产生，而湍流耗散（由数值电阻率促进）主要是从磁盘中删除磁能。根据控制体积的边界上的麦克斯韦应力和控制体积内的洛伦兹力注入的功率来重新铸造磁能方程，突出了（控制体积的）边界条件的重要性。剪切盒和整体吸积盘模拟的不同收敛性质可以很容易地理解的基础上选择的边界条件和磁场配置。周期性边界条件限制了磁场中大尺度梯度的建立，限制了通过洛伦兹力和表面应力传递到磁盘的功率。这一发现解释了我们的全球盘模型相比，分层剪切盒的湍流应力收敛所需的三个较低的分辨率的因素。（节录）
2013-07-08 astro-ph.HE
Radial Stresses and Energy Transport in Accretion Disks
在研究粘性吸积盘的早期，人们认识到来自遥远来源的能量转移一定很重要，尤其是因为在盘的大部分中，盘中平面处的流动很可能是向外的，离开引力势阱。如果粘性的来源是由吸积提供动力的，例如在磁旋转不稳定性的情况下，那么这种遥远的能源必须位于盘的最内部区域，在那里吸积甚至发生在中平面。我们在这里认为，调制在这个能源供应可以改变吸积率的动态，而不是更长的粘性，时间尺度。这意味着内盘吸积率的稳态值和波动（取决于内边界条件的细节并发生在内盘的快速演化时间）都会影响外盘。这是特别有趣的，因为观测表明，磁盘吸积是不稳定的（例如~ EX Lupi类型对象）。我们还注意到，提供给剪切盒的功率是由剪切盒本身设定的，而不是由全球盘中的物理能量通量设定的。也就是说，它们的饱和磁场不受实际磁盘中存在的全套能量约束的影响。我们的分析表明，大尺度径向能量输运对吸积盘的演化和变化有着重要的影响。
2014-12-12 astro-ph.EP astro-ph.HE
Launching of Poynting Jets from Accretion Disks
观测到的许多致密吸积物体发出的喷流，可能是由于穿过差动旋转的吸积盘的磁场的扭曲而产生的，这种磁场的作用是从吸积盘中磁性地提取角动量和能量。已经讨论了两个主要的制度，磁流体流出，这具有显着的质量通量，并具有能量和角动量进行的物质和电磁场，坡印亭流出，其中的质量通量是可以忽略不计的能量和角动量进行主要由电磁场。我们描述了最近的理论工作的形成相对论坡印亭射流从磁化吸积盘和新的相对论，全电磁，粒子在细胞模拟射流的形成从吸积盘。
2009-01-29 astro-ph.EP astro-ph.HE
Magnetohydrodynamic stability of stochastically driven accretion flows
我们研究了旋转剪切流中存在随机噪声时磁流体动力学/磁流体动力学扰动的演化。重点研究了随着径向坐标的增大，角速度减小，比角动量增大的流动。然而，这种流动是瑞利稳定的，但必须是湍流，以解释天体物理观测数据，因此，揭示了线性理论和观测/实验之间的不匹配。至少在某些情况下，在弱磁场的存在下，这种不匹配似乎已经得到了解决，揭示了磁旋转不稳定性。本工作探讨了随机噪声对磁流体力学流动的影响，以解决上述失配一般的热流。我们基本上集中在这样的流的一小部分，这只是一个平面剪切流补充科里奥利效应，模仿一个小部分的天体物理学吸积盘周围的一个紧凑的对象。研究发现，这种随机驱动的流动表现出很大的时间和空间自相关性和扰动的互相关性，从而产生很大的扰动能量耗散，从而产生不稳定性。有趣的是，自相关和互相关出现独立的背景角速度配置文件，这是瑞利稳定，表明它们的普遍性。这项工作，据我们所知，是第一次尝试了解的三维磁流体扰动在旋转剪切流中的随机噪声的存在下的演变。
2013-06-26 astro-ph.HE cond-mat.soft physics.flu-dyn
MHD Turbulence in Accretion Disk Boundary Layers
吸积盘边界层的物理模型，该区域的磁盘满足吸积星的表面，通常依赖于假设，角动量传输是相反的径向角频率梯度的磁盘。天体物理学中广泛采用的湍流剪切粘性的标准模型通过构造满足了这一假设。然而，这种行为是不支持的湍流磁流体动力学（MHD）的吸积盘，这表明由磁旋转不稳定性驱动的角动量输运的数值模拟是无效的，在这个内部磁盘区域。我将讨论最近的一项研究结果的产生磁流体应力和能量密度的边界层周围的弱磁化星。我们的研究结果表明，虽然磁能密度可以显着放大，在这个区域，角动量传输是相当低效的。这似乎与数值模拟中获得的结果一致，并表明湍流MHD边界层的详细结构可能与湍流剪切粘度的标准框架内得出的结果有明显不同。
2012-11-26 astro-ph.HE astro-ph.SR
Testing the Propagating Fluctuations Model with a Long, Global Accretion Disk Simulation
许多吸积系统的宽带变率显示出特征结构;对数正态通量分布、RMS通量关系和长带间滞后。这些特征通常被解释为在吸积盘中由角动量输运机制的随机性驱动的向内传播的波动。我们提出了第一个分析的传播波动的长时间，高分辨率，全球三维磁流体动力学（MHD）模拟的几何薄（$h/r\approx0.1$）吸积盘周围的黑洞。虽然麦克斯韦应力中的动态时间尺度湍流波动太快，无法驱动吸积速率中的径向相干波动，但我们发现，低频准周期发电机作用在麦克斯韦应力中引入低频波动，然后驱动传播波动。检查质量吸积率和发射代理，我们恢复对数正态分布，线性RMS通量关系，和径向相干，将产生带间滞后。因此，我们成功地将涨落传播现象与现代MHD吸积盘理论联系起来。
2015-12-16 astro-ph.GA astro-ph.HE
Effects of Strong Photospheric Dissipation on the Spectra and Structure of Accretion Disks with Non-zero Inner Torque
本文对适用于近爱丁顿光度黑洞X射线双星（BHB）的吸积盘模型的光谱和结构进行了数值计算。我们的工作采用了非零扭矩的ISCO以及几个耗散配置文件的基础上的第一性原理三维磁盘内部模拟。我们发现光球附近的显着耗散可以产生陡峭的幂律光谱的模型与中等视角跨越一系列的黑洞自旋，同时包括内部扭矩推动光谱峰值更高的能量。与以前的研究相一致，我们还得出结论，在内部边缘的压力盘仍然是可行的模型，高频准周期振荡（HFQPO），特别是考虑到增加附近的光球耗散实际上导致QPO功率谱更高的品质因数相比，在最近的工作中发现的。
2019-10-24 astro-ph.HE
GRMHD Simulations of Accreting Neutron Stars with Non-Dipole Fields
美国宇航局的NICER望远镜最近为旋转动力毫秒双星中的非偶极磁场结构提供了证据。这些恒星被认为经历了一个长时间的吸积自旋阶段，这就引出了一个问题，即吸积流到具有复杂磁场的恒星上会是什么样子。我们目前的结果从一套GRMHD模拟吸积中子星的偶极，四极和四偶极恒星场几何。这是在广义相对论框架中模拟真实热点形状以了解吸积毫秒星系中热点变化的第一步。我们发现，吸积柱的位置和大小导致热点的变化显着依赖于初始恒星场强度和几何形状。我们还发现，最强的贡献恒星扭矩是从磁盘连接的场线和脉冲星风，导致自旋在几乎所有的参数制度在这里探讨。我们进一步分析角动量输运的吸积盘由于大规模的磁应力，湍流应力，风和可压缩的影响，我们确定与对流运动。圆盘使初始的开放恒星流形成喷流。对于偶极子，磁盘磁层的相互作用可以增强或减少喷流功率相比，孤立的情况下。然而，对于四极，磁盘总是导致增强的净开放通量，使喷流功率与偶极的情况下。我们讨论了我们的研究结果中观察到的中子星喷流，并提供了一个可行的机制来解释无线电功率在低和高磁场的情况下。
2022-04-01 astro-ph.HE
Numerical Simulations of a Two Component Advective Flow for The Study of the Spectral and Timing Properties of Black Holes
双组分平流是理论上最具物理意义的吸积盘。由于粘性是决定性因素，我们研究了粘性应力对非旋转黑洞吸积流的影响。由于吸积流中粘性引起的角动量转移，角动量分布被修正。我们包括冷却效应，并发现开普勒磁盘上的赤道平面和上方和下方的流动仍然子开普勒。这给出了一个完整的图片，到目前为止，形成的两个组成部分平流围绕黑洞。
2014-04-10 astro-ph.HE
Spectra and Structure of Accretion Disks with Nonzero Inner Torque
我们提出了适合于近爱丁顿光度，辐射压力占主导地位的吸积盘周围的恒星质量黑洞的光谱和垂直结构的数值计算。我们涵盖了广泛的黑洞自旋和耗散配置文件的基础上的第一性原理三维磁流体磁盘内部模拟。我们还包括非零应力在最里面的稳定的圆形轨道，这导致在磁盘的有效温度迅速增加对黑洞，并引起相当极端的条件下，高温和低表面密度。我们发现，随着到黑洞距离的减小，局部环形谱变得越来越具有饱和康普顿化的特征。虽然光谱随着黑洞自旋的增加而变得更硬，但即使在最大自旋时，它们也不会产生宽的幂律尾。我们讨论了我们的结果的背景下，陡峭的幂律状态和相关的高频准周期振荡观察到的一些X射线双星系统的影响。
2018-10-21 astro-ph.HE
Global Radiation Magneto-hydrodynamic Simulations of Sub-Eddington Accretion Disks around Supermassive Black Holes
利用三维辐射磁流体动力学模拟方法研究了质量为5 \times 10^8太阳质量的黑洞的吸积盘内部区域的性质，其质量吸积率分别为爱丁顿值的7%和20%。这个区域的磁盘支持磁压力与表面密度显着小于标准薄磁盘模型预测的值，但具有更大的磁盘规模的高度。在许多热时间尺度上，盘没有显示出任何热不稳定性的迹象。超过一半的吸积是由辐射粘度驱动的光学薄的日冕区域的吸积率较低的情况下，而吸积在光学厚的部分磁盘驱动的麦克斯韦和雷诺应力从MRI湍流。在这两个模拟中，气体温度> 10^8 K的日冕只在\approx 10引力半径内产生，在吸积率较高的情况下更紧凑。与薄盘模型相反，表面密度随着质量吸积率的增加而增加，这导致光学薄区域的耗散较少，日冕相对较弱。模拟结果可以解释活动星系核中X射线冕的形成、冕的紧凑尺寸以及观测到的许多活动星系核的光学-X射线亮度随爱丁顿比的变化趋势。
2019-04-02 astro-ph.HE
Thin Disk Theory with a Non-Zero Torque Boundary Condition and Comparisons with Simulations
我们提出了一个解析解薄盘吸积到克尔黑洞，扩展标准诺维科夫-索恩α-磁盘在三个方面：（i）它采用非零应力在磁盘的内边缘，（ii）它延伸到暴跌区域，（iii）它使用一个校正的垂直重力公式。模型的自由参数不变。非零边界应力包括通过替换Novikov-Thorne无扭矩边界条件与不太严格的要求，流体速度在最内部的稳定的圆形轨道是声速，数值模型显示是正确的行为的光度低于~30%爱丁顿。我们假设圆盘很薄，所以我们可以忽略平流。边界应力的尺度为α *h，平流项的尺度为h^2（其中h是圆盘张开角（h=H/r）），因此当h <α时，模型是自洽的。我们比较我们的解决方案与细长盘模型和广义相对论磁流体动力学磁盘模拟。该模型可以提高黑洞自旋测量的精度。
2011-10-29 astro-ph.HE
Numerical and analytical solutions of Neutrino-Dominated Accretion Flows with a Non-Zero Torque Boundary Condition and its applications in Gamma-ray Bursts
被中微子吸积流包围的恒星质量黑洞（BH）是伽马射线暴（GRB）的中心发动机，这一点已在许多研究中讨论过。人们普遍认为，仙女座无法释放足够的能量来产生明亮的伽玛暴。然而，这些工作都是基于“无转矩”边界条件的假设，这是无效的，当磁盘磁化。在本文中，我们提出了非零边界应力的NDAF的数值和解析解，并重新检查他们的属性。我们发现，具有这种边界力矩的NARVE可以解释明亮的短伽玛暴、高能长伽玛暴和超长伽玛暴。盘变得粘滞不稳定，这使得解释伽玛暴瞬发辐射的可变性和早期X射线余辉中的陡峭衰变相成为可能。最后，我们研究了一个BH-NINESTs辐射的引力波。我们发现边界力矩对引力波强度的影响可以忽略。
2016-09-29 astro-ph.HE
Pseudo-Newtonian simulation of a thin accretion disk around a Reissner-Nordström naked singularity
本文首次用伪牛顿势模拟Reissner-Nordström裸奇点周围的薄吸积盘，发现吸积在零重力球附近形成环状结构，并指出该旋转环可能是裸奇点的观测特征。
2025-01-06 astro-ph.HE
A study of the MAD accretion state across black hole spins for radiatively inefficient accretion flows
通过14次GRMHD模拟，研究了不同黑洞自旋下MAD态吸积流，发现喷流角动量输运、磁场分量贡献及喷流形态随自旋呈复杂非线性变化。
2023-10-10 astro-ph.HE
Transport of Large Scale Poloidal Flux in Black Hole Accretion
我们报告了一个全球性的，三维的GRMHD模拟的吸积环嵌入在一个大规模的垂直磁场围绕史瓦西黑洞。这个模拟研究了一个大尺度的垂直场如何在一个湍流吸积盘内演化，以及是否可以发展出适合于发射喷流和风的全球磁场配置。我们发现，一个“日冕机制”的磁通量运动，主要是在磁盘以外的机构，主导全球通量的演变。在这种机制中，由轨道剪切驱动的磁应力产生大规模的磁场半环，这些半环径向向内伸展，然后重新连接，导致磁通量位置的不连续跳跃。相比之下，很少或没有流量直接由吸积盘本身带来。日冕机制建立了一个偶极磁场的真空漏斗周围的轨道轴的磁场强度调节的组合的磁和气体压力的内盘。这些结果促使重新评估以前的描述磁通量运动与吸积。局部图像被磁通量内在的全局特征所削弱。与“有效电阻率”竞争的“有效粘度”方面的公式被磁动力学的非线性以及相同的湍流驱动质量运动（传统上被识别为“粘度”）可以改变磁拓扑的事实所破坏。
2009-10-15 astro-ph.HE
Radiation GRMHD Models of Accretion onto Stellar-Mass Black Holes: III. Near-Eddington Accretion
Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute（Flatiron Institute 计算天体物理中心）；School of Natural Sciences, Institute for Advanced Study（高等研究院自然科学学院）；Department of Astronomy, University of Virginia（弗吉尼亚大学天文系）；Virginia Institute for Theoretical Astronomy, University of Virginia（弗吉尼亚大学弗吉尼亚理论天文学研究所）；Michigan SPARC, Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室密歇根SPARC）；Computational Physics and Methods, Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室计算物理与方法部门）；Department of Astrophysical Sciences, Princeton University（普林斯顿大学天体物理科学系）
通过求解包含完整辐射输运的GRMHD方程，研究了四个近爱丁顿黑洞吸积模型，揭示了磁场拓扑和黑洞自旋对吸积盘结构及喷流的影响。
2026-09-07 astro-ph.HE
Nozzle Shocks, Disk Tearing and Streamers Drive Rapid Accretion in 3D GRMHD Simulations of Warped Thin Disks
本文通过三维GRMHD模拟高度倾斜的翘曲薄吸积盘，发现喷嘴激波、盘撕裂和低角动量流束等新型耗散机制可显著加速黑洞吸积，远超标准α黏滞模型预期，并可能解释活动星系核的极端光变。
2024-05-06 astro-ph.HE
Disk-Like Matter Outflow from a Kerr-Type Wormhole: Possible Observational Manifestations and Magnetic Effects
本研究提出Kerr型虫洞可连接吸积与非吸积星系核，导致物质穿越喉部形成盘状流出，并探讨其观测特征、喷流形成可能及磁场效应。
2026-10-02 astro-ph.HE
Magnetosonic Waves as a Driver of Observed Temperature Fluctuation Patterns in AGN Accretion Disks
本研究通过三维辐射磁流体动力学模拟，发现湍流麦克斯韦应力主导的AGN吸积盘中的快磁声波可解释观测到的温度涨落，并指出光球层需磁主导且非局域热力学平衡才能显现该波动。
2025-06-12 astro-ph.HE
Magnetorotational Turbulence and Dynamo in a Collisionless Plasma
我们提出的结果，从第一个三维动力学数值模拟的磁旋转湍流和发电机，使用本地剪切盒模型的碰撞吸积盘。动力学磁旋转不稳定性的增长从一个亚热磁场具有零净通量的计算域，以产生自持湍流和向外角动量输运。显著的麦克斯韦和雷诺应力伴随着由场对准离子压力各向异性产生的可比粘性应力，其主要由通过粒子捕获和俯仰角散射的镜和离子回旋不稳定性来调节。后者赋予等离子体的有效粘度是偏置的磁场方向和时空可变的。能谱表明，在大尺度上的阿尔文波级联和动力阿尔文波级联在小尺度上，具有强的小尺度密度波动和弱的非轴对称密度波。离子经历非热粒子加速，它们的分布由卡帕分布精确描述。这些结果对低碰撞性吸积流的性质有影响，例如银河系中心黑洞附近的吸积流。
2016-10-19 astro-ph.HE physics.plasm-ph
A comparison of momentum transport models for numerical relativity
非真空数值相对论的主要问题，紧凑的二进制合并和恒星坍缩，涉及磁流体不稳定性和湍流，使动能在小尺度的平均影响，在大尺度驱动长期的演变。这些效应中值得注意的是动量传输。我们调查了两个模型的这种传输效应，相对论性的Navier-Stokes系统和湍流平均应力模型，这是类似的所有处方，已被尝试到目前为止治疗亚网格效应的二进制中子星合并及其后果。我们的研究涉及稳定性分析和数值实验的恒星和磁盘系统。我们也开始调查粒子和热输运后合并模拟的影响。我们发现，正确处理湍流加热可以避免非物理不稳定性是很重要的。在这种适当的处理下，差动旋转恒星的演化和圆盘的吸积率对处方的选择是不敏感的。然而，即使对于相同的有效粘性强度，盘流出也可能对方法的选择敏感。我们还考虑了在吸积盘的演变中的涡动扩散的影响，并表明它可以有趣地影响流出物的组成。
2020-12-14 astro-ph.HE gr-qc
Winds and Disk Turbulence Exert Equal Torques on Thick Magnetically Arrested Disks
通过分析黑洞厚磁捕获盘的长持续时间模拟，发现盘风与盘湍流提取的角动量大体相等，表明理解湍流和层流应力对相关天体演化至关重要。
2024-04-23 astro-ph.HE
Sound Speed Dependence of Alignment in Accretion Disks Subjected to Lense-Thirring Torques
我们提出了一系列的模拟，在纯流体力学（HD）和磁流体力学（MHD）探索的程度，对准磁盘受到外部进动扭矩（例如，如在“Bardeen-Petterson”效应中）取决于盘声速c_s。在检查的声速范围内，我们发现声速的影响可以封装在Sorathia等人提出的简单的“集总参数”模型中。在该模型中，对准前沿以约0.2 rOmega_precess（r）的速度向外传播，其中Omega_precess是局部测试粒子进动频率。同时，跨音速径向运动以一定的速率向内和向外传递角动量，对于局部轨道频率ω，该速率可以用扩散系数约为2c_s^2/ω的定向扩散模型来粗略描述。在等温圆盘中，这两种竞争导致在与c_s^（-4/5）成比例的半径处的对准前沿的固定位置。为了使对准发生，磁盘必须是湍流的，这是由于磁流体力学中的磁旋转不稳定性，或者，在HD中，它必须足够冷，以便由磁盘翘曲驱动的弯曲波在其发射点处是非线性的。与长期以来的预测相反，磁流体磁盘中的翘曲传播是扩散的，与参数c_s/（α v_orb）无关，对于轨道速度v_orb和应力与压力比α。在纯HD盘中，即，对于那些没有内部应力而不是体积粘度的盘，较热的盘排列微弱或根本不排列;较冷的盘与MHD盘在性质上排列相似。
2018-09-06 astro-ph.HE
Radial Transport and Meridional Circulation in Accretion Disks
三维天体物理吸积盘中由内应力驱动的粒子、元素和流体的径向输运是一个重要的现象，与原行星盘中的向外尘埃输运、彗星中难熔粒子的起源、地月系统中的同位素平衡等都有潜在的联系。本文研究了具有剪切粘性的三维圆盘中的涡度环流与圆盘热分层的关系，并证明了后者对径向流的强烈影响。以前的局部等温研究通常发现中平面附近的径向流出模式，切换到更高的流入。在这里，我们表明，无论是分析和数值，流动，这是在所有高度向内，是可能的磁盘熵和温度急剧增加的高度。这种热力学条件在光学薄的、粘性加热的吸积盘中可能是典型的。如果这些条件不成立，那么只要剪切粘度提供了内应力，那么在中平面附近就应该有径向流出。我们的结果也可以用于设计流体动力学磁盘模拟与规定的模式的纬向环流。
2017-02-07 astro-ph.EP astro-ph.HE
Shearing-box simulations of MRI-driven turbulence in weakly collisional accretion discs
我们提出了一个系统的剪切盒调查MRI驱动的湍流在弱碰撞等离子体包括各向异性的压力应力，即各向异性（Braginskii）粘度的影响。我们约束的压力各向异性（$Δp$）位于稳定性范围内，否则将施加动力学微观不稳定性。我们探索了一个广泛的区域的参数空间，考虑不同的雷诺数和磁场配置，包括净垂直通量，净环形垂直通量和零净通量。值得注意的是，我们发现，湍流和角动量输运的水平并没有受到很大的各向异性粘度的影响：麦克斯韦和雷诺应力没有太大的不同，从MHD的结果。Braginskii MHD中的角动量输运仍然强烈依赖于各向同性耗散，例如，各向同性磁性普朗特数，即使当各向异性粘度是数量级大于各向同性扩散率。然而，布拉金斯基粘度改变了流动结构，重新排列湍流，以在很大程度上抵消来自背景剪切的平行应变率。我们还表明，体积平均压力各向异性和各向异性粘性输运随着各向同性雷诺数（${\rm Re}$）的增加而减小;例如，在利用净垂直场的模拟中，当我们从${\rm Re} \sim 10^3$移动到${\rm Re} \sim 10^4$时，各向异性与麦克斯韦应力的比率（$α_{\rm A} / α_{\rm M}$）从$\sim 0.5$减小到$\sim 0.1$。因此，各向异性输运在高${\rm Re}$下可以忽略不计。然而，各向异性粘度在大${\rm Re}$下成为主要的加热源，占等离子体加热的$\gtrs…
2019-04-17 astro-ph.HE
How important is non-ideal physics in simulations of sub-Eddington accretion onto spinning black holes?
吸积速率远低于爱丁顿速率的黑洞，被低密度、热的、几何厚度的吸积盘包围着。这包括由事件视界望远镜以亚视界分辨率拍摄的两个黑洞。在这些圆盘中，带电粒子之间库仑相互作用的平均自由程很大，吸积物质是一种几乎无碰撞的等离子体。尽管如此，数值模拟到目前为止模拟这些吸积流使用理想的磁流体力学。在这里，我们提出了第一个全球性的，广义相对论的，三维模拟的吸积流到克尔黑洞，包括最有可能影响磁盘的动力学的非理想效应：平行和垂直于磁场的压力之间的各向异性，以及沿磁场线的热通量。我们表明，对于标准和磁制动盘，压力各向异性是可比的磁压力，而热通量仍然动态不重要。尽管这种大的压力各向异性，然而，吸积流的时间平均结构是惊人的相似，在模拟治疗等离子体作为一个理想流体。我们认为，这些相似之处主要是由于粘性和磁剪切应力的可互换性，只要磁压力是小的相比，气体压力，并在磁制动盘的压力/粘性效应的次主导作用。最后，我们强调突出的问题，在模拟低碰撞吸积流的动力学。
2017-06-05 astro-ph.HE gr-qc
Accretion and Orbital Inspiral in Gas-Assisted Supermassive Black Hole Binary Mergers
许多星系的中心都可能有双超大质量黑洞（SMBH）。它们与周围气体的相互作用导致吸积和通过潮汐力矩交换角动量，促进双星螺旋上升。在这里，我们探讨了这两个过程之间的非平凡耦合，并分析了外部提供的环双星盘的全局属性取决于二进制吸积率。通过将我们的结果用内应力驱动的角动量通量来表示，我们给出了一个非常简单的可能的全局盘结构的分类，它不同于标准常数$\dot M$吸积盘解.双星潮汐对吸积的抑制，导致内部盘中大量的物质积累，加速了双星的螺旋上升。我们发现，一旦磁盘区域强烈扰动的粘性传输的潮汐扭矩超过二进制半长轴，二进制可以合并在小于其质量倍增时间，由于吸积。因此，与由恒星散射驱动的吸气不同，即使双星被嵌入相对较低质量的盘（低于其自身质量）中，气体辅助的合并也会发生。这对于解决SMBH双星的“最后秒差距”问题和理解宇宙中强大的引力波源具有重要意义。我们认为，在最近的一些模拟中发现的双星吸积的增强不能持续很长一段时间，不应该影响长期的轨道螺旋。我们还回顾了现有的模拟SMBH二进制磁盘耦合，并提出了一个数值设置，这是特别适合于验证我们的理论预测。
2016-02-16 astro-ph.GA astro-ph.HE
Three Dimensional MHD Simulation of Circumbinary Accretion Disks: Disk Structures and Angular Momentum Transport
我们提出了第一个三维磁流体动力学（MHD）模拟的circumbinary磁盘周围的一个等质量的二进制。双星保持着固定的圆形分离轨道$a$。如在先前的流体动力学模拟中，双星的强扭矩可以保持半径为$\simeq 2a$的间隙。流从$r \simeq 2a$向内弯曲到二元体;它们的一些质量穿过内边界，而其余的则荡回盘中。然而，我们也发现，靠近其内边缘的磁盘开发既强大的$m=1$不对称性和日益增长的轨道偏心率。由于MHD应力将更多的物质引入到间隙中，所以每单位圆盘质量的总扭矩比以前发现的大$\simeq 14$倍。内边界吸积率每单位磁盘质量是$\simeq 40$倍以上，从以前的流体动力学计算发现。隐含的双星收缩率是由双星通过吸积获得角动量和通过引力扭矩失去角动量的速率之间的平衡决定的。大的吸积率使这两个速率接近平衡，但在净，我们发现，$\dot a/a < 0$，其大小是约2.7倍，比早期的流体动力学模拟预测。如果双星系统包含两个大质量黑洞，吸积速率可能大到足以使其中一个或两个成为活动星系核，从而影响到盘体和内部间隙中气体的物理状态。
2012-02-07 astro-ph.GA astro-ph.HE
Can the viscosity in astrophysical black hole accretion disks be close to its string theory bound?
弦论和规范/引力对偶性表明，当hbar和k_B分别约化为普朗克常数和玻耳兹曼常量，且mu <= 1时，任何物质的剪切粘滞系数（eta）与熵密度（s）之比的下限为~ μ hbar/4 π k_B。基于此，我们探讨了黑洞吸积流中的eta/s，以了解这种奇异流是否可能是最低eta/s的自然场所。吸积流在黑洞物理学中起着重要的作用，它可以用来识别底层黑洞的存在。这是一种旋转剪切流，分子粘度不明显，但可能具有显著的湍流粘度，在流中产生传输、热量和熵。然而，在存在强磁场的情况下，磁应力可以通过著名的Blandford-Payne机制帮助输送与粘度无关的物质。在这种情况下，能量和熵通过欧姆耗散产生。此外，某些温度>~ 10^9 K的光学薄、热的吸积流可能有利于核燃烧，从而产生/吸收比恒星高得多的巨大能量。我们发现，当能量来源不是粘性效应时，如果吸积流被强磁场嵌入或产生核能，则其η/s接近理论所建议的下限。eta/s的下限也会导致流动雷诺数的上限。
2013-03-01 astro-ph.HE hep-th
Dependence of inner accretion disk stress on parameters: the Schwarzschild case
通过对比在Schwarzschild时空中采用3-d广义相对论MHD方法的模拟结果，我们探讨了黑洞吸积中内盘应力的参数依赖性。其中五个模拟进行了本质上保守的代码HARM 3D，它允许仔细调节磁盘的纵横比，H/R;我们的模拟范围在H/R从0.06到0.17。我们对比这些模拟与两个以前报道的模拟史瓦西时空中，以调查可能的依赖磁盘内部的应力磁拓扑结构。在所有情况下，都非常注意技术问题：确保足够的分辨率和方位角范围，并且仅在吸积流处于近似流入平衡的时间段内进行平均。我们发现，流体框架电磁应力的时间平均径向依赖几乎是完全独立的磁盘厚度和极向磁拓扑结构。它在所有半径上都平滑地向内上升（没有表现出与ISCO相关的特征），直到刚好在事件视界之外，在那里应力骤降到零。雷诺应力也可以是显着的附近的ISCO和在暴跌的地区，这种应力的大小，但是，取决于磁盘的厚度和磁拓扑结构。这两种应力结合起来，使每单位静止质量吸积的净角动量比ISCO的角动量小7-15%。
2010-01-26 astro-ph.CO astro-ph.HE
Thermal equilibrium curves of accretion disks driven by magnetorotational instability
Center for Mathematical Science
本文研究了由磁旋转不稳定性驱动的吸积盘热平衡曲线，通过辐射磁流体动力学模拟获得S形曲线，揭示了矮星团双星系统的盘不稳定性及角动量传输机制。
2025-11-20 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
On turbulent viscosity in relativistic jets and accretion disks
湍流粘性的形成机制是湍流研究的核心问题。这也是吸积盘理论的情况，其中湍流被认为是吸积盘中角动量向外传输的原因。在湍流中，涡流在其长度尺度上传输动量，提供了由质量夹带控制的粘度机制。我们在前面已经提出了一个相对论性喷流在射电星系3C31的特殊情况下的夹带模型。在本文中，我们进一步约束模型参数。该模型（在非相对论部分）成功地测试与自由混合层的雷诺应力的实验和模拟数据，并预测Smagorinsky常数$C_\mathrm{S} \approx 0.11$，这是与剪切流$C_\mathrm{S} \approx 0.1-0.12$的实验范围一致。对于吸积盘，卷吸模型允许我们导出与Shakura \& Sunyaev的$α$模型相同的吸积质量速率，而不需要诉诸湍流运动粘度$ν_\mathrm{t}$，并且以$\displaystyle α= -\frac{8}{3} βs_\mathrm{T} \frac{\mathrm{v_t}^2}{c_\mathrm{s}^2}$形式导出的粘度参数$α$取决于沿盘半径的温度斜率的幂$s_\mathrm{T}$，$T\propto r^{s_\mathrm{T}}$，并且二次地取决于湍流速度$\mathrm{v_t}$。
2022-12-23 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Idealized Global Models of Accretion Disks with Strong Toroidal Magnetic Fields
Princeton University（普林斯顿大学）；University of Otago（奥塔哥大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）；Institute for Advanced Study（高等研究院）
本文通过全球磁流体力学模拟研究了强螺线磁场吸积盘的形成与演化，发现磁化盘在垂直方向持续逃逸但通过局部发电机补充，角动量输运水平与矮星团爆发观测一致。
2026-06-29 astro-ph.GA astro-ph.HE
Long-term 3D-MHD Simulations of Black Hole Accretion Disks formed in Neutron Star Mergers
我们研究的长期演化的吸积环面周围的黑洞（BH）的残余物的紧凑的对象合并涉及至少一个中子星，以更好地了解他们的贡献kilonovae和r-过程元素的合成。为此，我们修改了FLASH4.5中的未分裂磁流体动力学（MHD）求解器，使其在非均匀三维球坐标下工作，从而能够更有效地覆盖长度尺度上的大动态范围，同时利用系统中的对称性。这个修改后的代码是用来执行BH吸积盘模拟，改变初始磁场的几何形状和磁盘的紧凑性，利用物理状态方程，中微子泄漏计划的发射和吸收，并模拟BH的重力与伪牛顿势。模拟运行足够长的时间，以在磁盘中实现辐射效率低下的状态。我们发现强大的质量喷射与极向和环向初始场的几何形状，并在高磁盘紧凑性抑制外流。与所包括的物理，我们得到双峰速度分布，追溯到质量喷射的磁应力在早期，和热过程中的辐射效率低的状态在后期。盘流出的电子分数分布是广泛的，在所有模型中，喷出物的几何形状如下特征沙漏形状。我们测试的效果，消除中微子吸收或核复合与轴对称模型，发现$\sim 50\%$更少的质量喷射和更多的中子丰富的组成没有中微子吸收，和一个次主导的贡献核复合。测试的MHD和中微子泄漏的实现包括在内。
2022-04-11 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Motivation and challenge to capture both large scale and local transport in next generation accretion theory
吸积盘理论发展得不如恒星演化理论，尽管最终需要一个类似的成熟的唯象图象。虽然理论和数值模拟的相互作用已经扩大了社区对磁场在角动量传输中的作用的认识，但将从模拟中获得的见解重新纳入改进实际模型以与观测进行比较仍然是一个长期的挑战。在此，我们强调需要更准确地纳入非本地运输的作用。为了说明大尺度输运在理论框架中的位置以及它目前是如何缺失的，我们回顾了为什么Shakura-Sunyaev（1973，SS 73）的非常实用的方法必然是一个平均场论，而且是一个不包括大尺度输运的场论。日冕和射流的观察结合结果的解释，甚至从剪切盒模拟的磁旋转不稳定性（MRI）表明，一个显着的部分光盘运输确实是非本地的。我们表明，饱和状态下的麦克斯韦应力主要由大规模的贡献和MRI运输的物理不完全捕获的粘度。我们还澄清了MRI的标准物理解释，因为它适用于剪切盒。到目前为止，计算的局限性集中了大部分的注意力向本地模拟，但下一代的全球模拟应有助于通知改进的平均场论。平均场吸积理论和平均场发电机理论实际上应该统一为一个理论，它预测了光谱和光度随时间的演化，这些光谱和光度来自于不同的圆盘、日冕和外流贡献。最后，我们注意到，任何平均场论都有一个有限的预测精度，当将预测与观测进行比较时，需要对其进行量化。
2017-07-04 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
On characterizing nonlocality and anisotropy for the magnetorotational instability
吸积盘中的角动量输运在多大程度上主要是局部的或非局部的，以及是什么决定了这一点，是理解吸积引擎的一个重要研究途径。沿着这条道路走一步，我们分析模拟的磁旋转不稳定性（MRI）计算能量和应力功率谱分层等温剪切盒模拟在几个新的方式。我们将盒子分为两个区域，盘和冠，其中盘是MRI不稳定区域，冠是磁主导区域。我们计算了不同数量的分数功率，包括磁能和麦克斯韦应力，发现它们主要由最低波数的贡献。这是更戏剧性的日冕比光盘，表明在日冕区域的运输是由更大的结构比光盘。通过计算平均功率谱在一个方向上的$k$空间的时间，我们还表明，MRI湍流是强烈的各向异性的大尺度时，用这种方法分析，但各向同性的小尺度。虽然剪切盒本身是为了代表吸积盘的局部部分，但应力和能量由最大尺度主导的事实突出了局部性并没有被捕获在盒内。这有助于量化全球模拟对解决运输局部性问题的直观重要性，对此可以进行类似的分析。
2014-04-09 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Resolving the relative influence of strong field spacetime dynamics and MHD on circumbinary disk physics
本文在相对论范围内研究了围绕超大质量黑洞双星的磁化和非磁化环双星吸积盘。我们使用后牛顿展开来构建一个解析时空，并确定后牛顿（PN）展开的顺序如何影响气体的动力学。我们发现非常小的差异，在晚时间的非磁化流体动力学演化的两个时空之间的整体动力学分离约$40GM/c^2$其中$M$是二进制的总质量。对于较小的分离，由于PN阶的差异变得可比的差异所造成的使用初始数据进一步从平衡。对于磁化气体，MHD应力，这驱动吸积动力学，往往掩盖所有高阶PN效应，甚至在分离的$20GM/c^2$，导致基本上相同的观察到的电磁光度。这意味着我们对EM信号的计算可能对小的二进制分离是鲁棒的。我们的调查是第一次展示PN精度的水平如何影响一个circumbinary磁盘的演变，并通知我们的范围内分离信任PN近似这种研究。我们还讨论了初始条件和二进制分离对模拟预测的影响。
2015-01-31 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
