Spin oscillations of neutrinos scattered off a rotating black hole
本文研究了中微子在黑洞（BH）引力作用下的自旋振荡。分析了非旋转和旋转黑洞的情况。我们导出了中微子与这些引力背景相互作用时自旋振荡的跃迁几率和生存几率的解析表达式。得到的跃迁几率依赖于碰撞参量，以及中微子能量和粒子质量。我们发现超相对论中微子在旋转黑洞上的散射存在自旋振荡的可能性。然后，考虑背景物质包围的BH对中微子的散射，导出了自旋振荡的有效薛定谔方程。在超大质量黑洞和真实的吸积盘的情况下，得到了该方程的数值解。在史瓦西度规中，自旋效应在中微子散射中是可以忽略的。在Kerr度规中，我们发现当超相对论性中微子受到引力散射时，由于自旋振荡，观测到的中微子通量可以减少近10%。中微子与吸积盘的相互作用导致了出射中微子流强度的额外修正。我们考虑所得结果在中微子天文学中的应用。
2020-05-30 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Weakly magnetized black holes as particle accelerators
研究了弱磁化非旋转黑洞视界附近的粒子碰撞。在存在磁场的情况下，带电粒子的最内层稳定圆轨道（ISCO）可以位于接近视界的位置。我们证明了对于两个粒子的碰撞，其中一个是带电的，并在ISCO旋转，另一个是中性的，并从无穷远下降，最大碰撞能量可以在强磁场的限制。这种效应与最近讨论的极端旋转黑洞中粒子碰撞的高质心能量效应有一些相似之处。我们还表明，“现实的”天体物理黑洞，他们的能力，发挥“加速器”的作用，实际上是相当有限的。
2011-12-07 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Evolution of the surface magnetic field of rotating proto-neutron stars
我们研究了在恒星核坍缩后立即在原中子星表面上的场的演化，通过分析快速旋转的大质量恒星的核的自洽，轴对称模拟的结果。为此，我们比较了场的拓扑结构和角谱的极向和环向场分量在一个时间约1秒的核心。这两个分量的特征都是复杂的几何形状，在中间角尺度上具有高功率。这种结构主要是嵌入物质中的磁通量通过湍流激波后层落到PNS上的结果。我们的结果可能有助于指导进一步研究原中子星的长期磁热演化。我们发现，被赋予低或零磁化的恒星祖层的吸积非常有效地掩埋了PNS表面的磁场。
2017-11-21 astro-ph.HE
Acceleration of particles by black hole with gravitomagnetic charge immersed in magnetic field
研究了弱磁化非旋转黑洞事件视界附近的带电粒子与重磁荷的碰撞。外部磁场的存在减小了带电粒子的最内层稳定圆轨道（ISCO）半径。当重力磁荷不为零时，则会出现相反的机制。对于以ISCO速度运动的带电粒子与从无穷远落下的中性粒子的碰撞，当外加渐近均匀磁场存在时，重力磁荷可以降低最大碰撞能量。
2013-12-27 astro-ph.HE gr-qc
Electric Penrose process: high-energy acceleration of ionized particles by non-rotating weakly charged black hole
在许多天体物理场景中，黑洞的电荷常常被忽略，因为Reissner-Nordström时空度规所需的电荷值太大，不切实际。然而，由于各种选择性吸积机制，黑洞可能具有小的电荷。本文研究了史瓦西黑洞的小电荷对自由下落的中性粒子的电离以及电离粒子从黑洞逃逸的影响。我们表明，电离粒子的能量可以增长超高，并讨论了粒子加速弱荷黑洞的区别签名。我们还讨论了一个可能的应用所提出的机制作为一种替代宇宙射线加速的情况。特别是，我们表明，银河系中心的超大质量黑洞是能够作为质子的PeVatron。所提出的机制可以作为一个简单的玩具模型的非旋转紧凑的对象作为一个粒子加速器与潜在的天体物理实现相关的宇宙射线物理和超越。
2021-09-21 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Rotating BHs as Central Engines of Long GRBs: Faster is Better
我们进行了不同的克尔参数a=0，0.5，0.9，0.95的双稳SAR的模拟。结果表明，一个更快速旋转的黑洞驱动着一个更有活力的喷流。在Schwartzschild黑洞的情况下没有看到喷流，而在快速旋转的Kerr黑洞的情况下（α =0.95），喷流的总能量高达10^50 erg.为了解释伽玛暴的高亮度，我们得出结论，快速旋转的黑洞是有利的（“越快越好”）。在α =0.95的情况下，我们还发现：（i）在喷流区明显地发现了停滞区，（ii）在喷流中看到了有序的极向场线，（iii）喷流区被“壁状”结构包围，该结构具有比喷流区更高的压力并包含强的垂直磁场，（iv）喷流是由从黑洞外视界向外的坡印廷通量引发的（Blandford-Znajek效应）。喷流的体积洛伦兹因子仍为单位数量级。然而，电-磁场的能量密度在射流中占主导地位的静止质量之一。如果我们进行较长时间尺度（10-100秒量级）的模拟，可以预期将看到相对论性喷流。
2011-06-28 astro-ph.HE
Buoyancy and Penrose Process Produce Jets from Rotating Black Holes
天体物理喷流形成的确切机制仍然未知。据信，必要的元素是旋转（克尔）黑洞和磁化吸积等离子体。我们将吸积等离子体建模为一组磁通量管/弦。如果这样一个管子落入克尔黑洞，那么随着弦的刹车，管子的前部会失去角动量和能量，为了补偿这种损失，动量和能量会重新分配到管子的后部。{We发现浮力产生与自旋轴对齐的明显螺旋磁场结构。沿着磁力线，等离子体被离心加速到接近光速。这个过程导致通量管的无限拉伸，因为管的一部分继续落入黑洞，同时弦的另一部分被向外推。最后，重连切割管，内部填充新材料，外部形成准直泡状结构的相对论性喷流。在彭罗斯机制中，每个等离子体团都可以被认为是一个向外发射的粒子：它携带着从黑洞中提取的旋转能量，而带有相应负能量的下落部分则留在能层中。
2014-04-09 astro-ph.HE
Pair-Instability Supernovae of Fast Rotating Stars
我们提出了对不稳定的超新星在爆炸阶段考虑快速旋转的二维模拟。最近对Pop III恒星形成的研究表明，这些恒星可能以大约100 Msun的质量尺度诞生，并具有强烈的自转。根据恒星演化模型，这些大质量的Pop III恒星可能是作为高能量的对不稳定超新星而死亡的。我们进行二维计算，以调查对不稳定超新星的旋转的影响。我们的研究结果表明，旋转导致非球面爆炸由于各向异性崩溃。如果第一批恒星在它们的对不稳定性爆炸之前，氧核的开普勒旋转速率为50%，那么整体镍的产生量可以显着减少约两个数量级。一个极端的情况下，100%的开普勒旋转率显示了一个有趣的功能，沿赤道面的流体不稳定性所造成的非同步和各向异性点火的爆炸，使冲击运行到下降的气体和产生的Richtmyer-Meshkov不稳定性。
2015-01-27 astro-ph.HE astro-ph.SR
Revised upper limit to energy extraction from a Kerr black hole
我们提出了一个新的上限的能量，可以提取从克尔黑洞通过粒子碰撞在能层（即，“彭罗斯过程”（Penrose Process）。早期关于这个问题的工作主要集中在具有临界角动量值的粒子从无穷远处落入极端克尔黑洞，并在视界外碰撞。虽然这些碰撞能够达到任意高的质心能量，但反应产物很难逃逸回无穷大，有效地将这种过程的峰值效率限制在大约$130\%$。当我们允许一个初始粒子具有碰撞参量$b > 2M$，从而不被视界捕获时，它能够沿着向外的轨道碰撞，大大增加了产物逃逸的机会。对于等质量粒子湮灭为光子，我们发现$E_{\rm out} \approx 6\times E_{\rm in}$的峰值能量大大增加。对于康普顿散射，利用$E_{\rm out} \approx 14\times E_{\rm in}$，效率甚至可以更高，并且对于重复的散射事件，光子既可以产生{ \it又可以逃逸到具有普朗克尺度能量的无穷大。
2015-06-22 astro-ph.HE gr-qc
Superradiant scattering of electromagnetic waves emitted from disk around Kerr black holes
研究了赤道面上薄圆盘包围的Kerr黑洞周围的电磁扰动。我们的主要目的是揭示从盘表面发射的电磁波的黑洞超辐射。用出射Kerr Schild场描述圆盘辐射，用真空波场描述超辐射散射，并在视界上加入真空波场以满足入射条件。给出了圆盘表面能流的计算公式，研究了圆盘-黑洞系统的能量输运。在低频近似下，我们发现从旋转黑洞中提取的能量主要被输运回盘，并讨论了在无穷远处观测到的电磁波的能谱。
2010-09-11 astro-ph.HE gr-qc
On neutralization of charged black holes
对于不旋转的带电（Reissner-Nordström）黑洞，与黑洞电荷符号相反的粒子将被额外的电磁力拉入黑洞。这样一个黑洞将很快被中和，这样宇宙中就不应该存在明显带电的、不旋转的黑洞。旋转的带电（克尔-纽曼）黑洞的情况更为复杂。对于给定的粒子初始位置和初始速度，带相反电荷的粒子并不总是比中性粒子更容易落入黑洞。磁层的可能存在使情况更加复杂。因此，人们不能直接得出结论，带电旋转的黑洞将被中和。在本文中，我们做了第一步，调查的中性化的克尔-纽曼黑洞没有引入磁层。我们跟踪粒子的轨迹的影响下弯曲的时空和电磁场所携带的旋转，带电黑洞。用统计方法研究了中和问题。我们发现一个普遍的依赖性的下降到黑洞的测试粒子的电荷的概率，与相反的带电粒子有较高的下降的概率。因此，我们得出结论，带电的、旋转的、没有磁层的黑洞应该很快被中和，这与人们的直觉一致。具有同向旋转无力磁层的Kerr-Newmann黑洞的中和问题有待进一步研究。
2019-07-11 astro-ph.HE gr-qc
Acceleration of particles by black holes -- general explanation
对黑洞对粒子的无束缚加速效应给出了简单而一般的解释。这是因为在某些特殊情况下，进入粒子的四速度的类时矢量与类光视界生成元的标量积趋于零，从而“在时间中向前运动”的条件勉强满足。在这个意义上，一个参数之间具有特殊关系的进入粒子模仿了黑洞未来视界附近的任何出射粒子的典型的无限红移特性。我们检查这个断言使用Reissner-Nordstrom和旋转轴对称度量作为例子。
2011-03-26 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Neutrino scattering off a black hole surrounded by a magnetized accretion disk
本文研究了中微子在具有内禀磁场的真实吸积盘的旋转黑洞中的散射。精确地计算了弯曲时空中的中微子轨道以及吸积盘致密物质和磁场中的粒子自旋演化。考虑到自旋振荡引起的中微子极化的变化，我们得到了出射超相对论中微子的通量。利用中微子磁矩的保守值以及物质密度和磁场强度的实际径向分布，我们得到这些通量比不考虑自旋振荡的情况减少了几个百分点。在某些情况下，由于中微子与吸积盘的旋转等离子体相互作用，中微子通量会出现尖峰。考虑到天体物理中微子通量的不确定性，预测的影响是相当小的，以目前的中微子望远镜观察。
2021-04-02 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
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
Monster Shocks, Gamma-Ray Bursts, and Black Hole Quasi-normal Modes from Neutron-star Collapse
本研究通过首个坍缩磁陀星磁层磁流体动力学模拟，提出一种非准直延迟伽马射线暴新机制，发现坍缩激发的外向流会受新生黑洞铃振调制，印刻千赫兹准正态模，为并合引力波提供高能对应体。
2024-10-09 astro-ph.HE gr-qc
Study of Asymptotic Velocity in the Bondi-Hoyle Accretion Flows in the Domain of Kerr and 4-D Einstein-Gauss-Bonnet Gravities
了解类星体和活动星系核（AGN）中黑洞附近吸积物质的物理结构是研究其中心活动的重要里程碑。本文用数值方法研究了渐近速度对Kerr和Einstein-Gauss-Bonnet（EGB）快速旋转黑洞吸积盘物理结构的影响.在计算域的上游区域考虑了气体向黑洞下落的Bondi-Hoyle吸积。激波锥自然地产生于两个黑洞周围气流的下游部分。发现锥的结构和吸积物质的数量取决于渐近速度$V_{\infty}$（马赫数）和引力的类型（Kerr或EGB）。在超声速区，增加流入物质的马赫数，由于气体迅速向黑洞下落，激波张开角和吸积率变小。EGB引力导致激波锥的激波张开角增大，而质量吸积率$\dot{M}$在具有高斯-博内（GB）耦合常数$α$的EGB引力中减小。它也被证实，吸积率和阻力显着改变EGB重力。我们的数值模拟结果可以用来确定所观测到的$X-$射线如NGC $1313$ $X-1$和$1313$ $X-2$和MAXI $J1803-298$中吸积盘和黑洞的吸积机制和物理性质。
2022-05-28 astro-ph.HE gr-qc
Linear perturbations of low angular momentum accretion flow in the Kerr metric and the corresponding emergent gravity phenomena
对于物质落在旋转黑洞上的特定几何构型，我们发展了一种新的线性微扰分析方法，对流体动力学流体的定态低角动量、无粘、正压、无旋、广义相对论吸积进行了定态积分吸积解的稳定性分析.我们证明了这种稳态在线性扰动下保持稳定，因此稳态解对于利用吸积现象探测黑洞时空是可靠的。我们报告说，这种稳定性分析过程的结果是出现了相对论声学几何。我们详细研究了声波几何的各种性质。我们构建因果结构，建立一对一的对应关系的声波点与声学黑洞地平线，和冲击的位置与声学白洞地平线。我们讨论了旋转黑洞的自旋对这种声学时空出现的影响。
2018-12-13 astro-ph.HE
The X-ray properties of Be/X-ray pulsars in quiescence
对强磁场吸积中子星的观测不仅可以用来研究吸积流与中子星磁层的相互作用，而且可以用来理解中子星内部的物理过程和估算中子星的基本参数。特别令人感兴趣的是（一）一个旋转的中子星（磁层）的相互作用，在不同的吸积率下降的物质，和（二）深地壳加热的理论和强磁场对这一过程的影响。在这里，我们提出的第一个系统的调查结果的16个X射线恒星与Be光学同伴在其静止状态下，从钱德拉，XMM-牛顿和斯威夫特天文台的数据的基础上。整个源样本可以粗略地分为两个不同的组：i）相对明亮的天体，光度约为10^34 erg/s，具有（硬）幂律谱; ii）较暗的天体，显示热谱。从i）组中的5个天体上探测到了X射线脉动，其脉冲分数相当大，为50- 70%。在描述入射物质与中子星磁场相互作用的模型和描述吸积NS中加热和冷却的模型的框架内讨论了所获得的结果。
2017-06-09 astro-ph.HE
Maximum efficiency of the collisional Penrose process
研究了两个在赤道面上运动的粒子在一般静止旋转轴对称极值黑洞附近的碰撞。其中一个粒子是关键的（具有微调的参数），并向外移动。第二个粒子（通常，没有微调）来自无穷大。我们研究了碰撞彭罗斯过程的效率$η$。这里有两个相关的情况：（i）碰撞后落入黑洞的粒子很重，（ii）它有有限的质量。我们证明了情形（ii）中的$η$的最大值小于或等于情形（i）中的最大值。有人认为，对于超重粒子，该约束也适用于非赤道运动。作为一个例子，我们分析碰撞的Kerr-Newman背景。当过程（i）和（ii）的界限相同时，该度量的$η=3$。对于Kerr黑洞，得到了最近文献中的结果.
2016-09-21 astro-ph.HE gr-qc hep-th
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
