Accreting Black Holes
我概述了黑洞的吸积理论，以及它在X射线双星、活动星系核、潮汐破裂事件和伽马射线暴等观测现象中的应用。黑洞吸积的动力学和辐射特征依赖于相对简单的黑洞时空与周围气体中复杂的辐射、等离子体和磁流体动力学过程之间的相互作用。我将展示瞬时吸积过程如何为这些相互作用提供线索。更大的全球磁流体动力学模拟以及模拟等离子体微观物理学和全辐射流体力学将需要解开一些目前的黑洞吸积之谜。
2014-10-29 astro-ph.HE
X-ray luminosity function of accreting neutron stars and black holes
本文模拟了恒星形成星系和初始恒星形成爆发星系中中子星和黑洞在$10^{35} \leq L_X \leq 10^{41}$ erg/s范围内吸积的X射线光度函数。XLF是通过结合快速生成的紧凑对象+正常星人口使用的二进制人口合成代码BSE和计算的后续详细的二进制演化的MESA代码。在这两种类型的星系中的XLF被广泛复制使用的双星演化的标准假设。
2022-01-07 astro-ph.HE
Characteristic Signatures in the Thermal Emission from Accreting Binary Black Holes
我们提出的计算结果的热谱从二维，移动网格，高精度，粘性流体动力学模拟吸积超大质量黑洞二。我们包括粘性加热，冲击加热和辐射冷却，演化时间超过粘性时间，使我们达到准稳态吸积状态。与以前的工作一致，我们发现，气体被有效地剥离从内边缘的circumbinary磁盘和进入腔沿吸积流，饲料持久的“迷你磁盘”周围的每个黑洞。我们还发现，从冲击加热的迷你盘和吸积流的排放防止任何赤字的高能量排放，可能会预期内的环联腔，而是导致一个特征的亮度开始在软X射线的光谱。
2014-05-30 astro-ph.HE
The Relative Importance of Faraday Rotation and QED Birefringence for the Linear Polarization of X-rays from Mass Accreting Black Holes
即将进行的IXPE（2-8千电子伏）和XL-Calibur（15-75千电子伏）飞行任务将使人们有可能以前所未有的灵敏度测量来自质量吸积恒星质量黑洞的X射线的线性偏振，从而能够准确测量100级，在某些情况下甚至低于百分之一级的偏振分数。这些测量有望约束所观测到的黑洞的自旋、倾角和吸积流的结构。量子电动力学（QED）真空的法拉第旋转和双折射效应可能会影响可观察到的偏振分数和角度，使结果的解释变得复杂。我们估计这两种影响的重要性，从恒星质量和超大质量黑洞的X射线，并讨论即将到来的IXPE和XL-Calibur观测结果的影响。
2021-04-17 astro-ph.HE
Nonthermal radiation from the central region of super-accreting active galactic nuclei
高吸积率活动星系核的射电辐射机制尚不清楚。有人认为，低功率喷流可以解释观测到的辐射在亚秒差距尺度。然而，超爱丁顿速率下射流形成的机制还没有很好地理解。在同一尺度下，来自宽线区（BLR）的云在吸积盘发射的风中以超音速传播，可能导致非热辐射的产生。我们的目标是通过风的吸积盘在超吸积活动星系核的云的传播所产生的非热辐射的特征，并估计这种贡献的无线电波段的电磁波谱的相关性。我们确定的条件下，BLR云不被破坏的冲击或流体动力学不稳定性时，沉浸在强大的风的吸积盘。这些云形成弓形激波，是粒子加速的合适场所。我们开发了一个半解析模型来计算这些弓形激波中相对论粒子的分布和相关的辐射光谱能量分布（SED）。对于典型的参数的超吸积活动星系核，我们发现，云风相互作用可以产生非热辐射从无线电高达几十TeV，轻微的吸收效应，如果该过程发生在风光球。如果吸积速率为超爱丁顿，且中心黑洞周围存在亚秒差距尺度的宽线区，则可以解释无喷流活动星系核的射电辐射。吸积率不能太高，这样大部分云的轨道就在风光球层之外，辐射就可以逃逸到观测者那里。
2022-06-21 astro-ph.HE
Synchrotron radiation from NGC 470 HLX1 - a hidden hyperluminous accreting neutron star?
Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics（天文与天体物理大学间中心）；Raman Research Institute（拉曼研究所）；Istituto Nazionale di Astrofisica-Osservatorio Astronomico di Cagliari（国家天体物理学研究所-卡利亚里天文台）
研究通过宽波段光谱分析探讨NGC 470 HLX1的同步辐射机制，提出中子星吸积可能解释其高光度X射线源特性。
2026-02-17 astro-ph.HE
Neutrino heating near hyper-accreting black holes
黑洞周围的超吸积盘释放出大量的中微子和反中微子。一小部分被发射的中微子通过湮灭反应$ν\barν\to e^+e^-$在圆盘上方转化为电子-正电子等离子体。这一过程可能驱动与伽玛射线暴爆炸有关的相对论喷流。计算了中微子的能量沉积效率。我们的计算是完全相对论性的，并基于测地线跟踪方法。我们发现中微子加热的效率是一个定义良好的函数（i）吸积率和（ii）自旋的黑洞。它实际上是独立的中微子在光盘的不透明区传输的细节。这些结果有助于确定中微子发射可以为GRB提供动力的吸积盘。
2010-08-28 astro-ph.HE
Bremsstrahlung in GRMHD models of accreting black holes
韧致辐射在缓慢吸积的超大质量黑洞周围热吸积流的辐射中的作用还没有完全弄清楚。为了评价轫致辐射相对于其他辐射过程的重要性，我们计算了缓慢吸积的超大质量黑洞周围吸积盘的光谱能量分布，包括同步辐射、逆康普顿散射和轫致辐射.我们计算的SED（i）四个轴对称辐射广义相对论磁流体力学（RadGRMHD）模拟的$10^{8}M_{\odot}$黑洞与吸积率之间的$10^{-8}\dot{M}_{\text{Edd}}$和$10^{-5}\dot{M}_{\text{Edd}}$，（ii）四个轴对称RadGRMHD模拟的M87 $^\ast$与不同的无量纲自旋$a_\ast$和黑洞质量，和（iii）一个三维GRMHD模拟缩放的Sgr A $^\ast$。在$10^{-8}\dot{M}_{\text{Edd}}$，大部分的光度是同步辐射，而在$10^{-5}\dot{M}_{\text{Edd}}$，三个辐射过程具有相似的光度。在大多数模型中，韧致辐射在$512\text{ keV}$附近占主导地位。在M87 $^\ast$模型中，如果是$a_{\ast} = 0.5$，则韧致辐射在SED的这一部分占主导地位，但是如果是$a_{\ast}= 0.9375$，则逆康普顿散射占主导地位。由于散射比韧致辐射更易变，因此这一结果表明，$512\text{ keV}$的可变性可能是黑洞自旋的诊断。在附录中，…
2020-06-01 astro-ph.HE
A model for the polarization of the high-energy radiation from accreting black holes: the case of XTE J1118+480
最近发现天鹅座X-1--研究得最充分的银河系黑洞--的高能发射（$400$ keV $- 2$ MeV）具有强烈的偏振性。这种辐射的来源仍然未知。在这项工作中，我们认为这是在吸积致密物体周围的热日冕中的非热过程的结果，并研究了预期的黑洞双星的高能辐射的偏振。在我们的研究中考虑了两个对总磁场的贡献，一个是与日冕相关的小尺度随机分量，另一个是与吸积盘相关的有序磁场。估计这种特定几何形状的伽马射线发射的偏振度，以及偏振矢量的角度。我们得到的电晕+磁盘配置研究这项工作中可以占高度的偏振度的伽玛射线检测到银河系黑洞，而不需要一个相对论性喷流的具体预测，在低硬状态的来源。特别是，该模型被应用到瞬态源\xtee，我们表明，如果一个新的爆发的\xte观察，那么它的伽马射线偏振应该是可测量的未来的仪器，如ASTRO-H或拟议的ASTROGAM。
2015-12-30 astro-ph.HE
The Radiative Efficiency and Spectra of Slowly Accreting Black Holes from Two-Temperature GRRMHD Simulations
本文结合广义相对论、磁流体力学、自洽电子热力学和频率依赖的辐射输运理论，对黑洞上辐射效率低的吸积流进行了轴对称数值模拟。本文研究了自旋为$a_{\star} = 0.5$的$10^8 M_{\odot}$黑洞对$10^{-5} \dot{M}_{\mathrm{Edd}}$的吸积率。我们报告了平均流动热力学作为吸积率的函数。我们提出了出射辐射的光谱，并发现它强烈的吸积率，从同步主导的无线电在低$\dot{M}$逆康普顿主导在我们的最高$\dot{M}$。与正则解析模型相比，我们发现通过$\dot{M} \approx 10^{-5} \dot{M}_{\mathrm{Edd}}$，流接近$\sim 1\%$辐射效率，大部分辐射是由于远离黑洞的库仑加热电子的逆康普顿散射。这些结果具有广泛的影响，吸积黑洞在观测系统中实现的吸积率的大部分建模。
2017-07-13 astro-ph.HE
Accreting black hole binaries in globular clusters
我们探讨了在球状星团中含黑洞的质量转移双星系统的形成。我们表明，它是可能的，以形成质量转移黑洞双星的主序星，巨人，白矮星的同伴与各种轨道参数的球状星团跨越大范围内，在当今的属性。所有的质量转移黑洞的二进制文件中发现在我们的模型在后期的动态创建。这些系统中的黑洞在获得施主之前和之后经历了星系团内$\sim 30$动力学相遇的中值。此外，我们表明，质量转移黑洞系统的存在与集群内的黑洞在任何时候的总数几乎没有相关性。这是因为星系团中黑洞-非黑洞双星的净形成速率在很大程度上与保留的黑洞总数无关。我们的研究结果表明，在球状星团中检测到质量转移黑洞双星并不一定表明宿主星团中包含大量的黑洞。
2017-10-31 astro-ph.HE
Polarisation properties of X-ray emission from accreting supermassive black holes
本文研究吸积黑洞X射线偏振特征，提出多个数值模型，涵盖辐射转移、广义相对论效应和再处理事件，并应用于解释IXPE任务最新发现。
2024-08-22 astro-ph.HE
FRB 121102: A repeatedly combed neutron star by a nearby low-luminosity accreting super-massive black hole
快速射电暴（FRB）的起源至今仍是个谜。最近，唯一的重复FRB源，FRB 121102，据报道，拥有一个非常大的和可变的旋转措施（RM）。在爆发环境中推断的磁场强度与我们银河系超大质量黑洞人马座A* 附近的磁场强度相当。在这里，我们表明FRB 121102的所有观测特性（包括高RM及其演变，高线偏振度，在宇宙梳状模型中，可以解释一个规则的中子星，它的磁层被附近低光度吸积超星系的可变流出物零星地和边缘地梳理。巨大的黑洞。我们提出了该模型的三个可证伪的预测，并在宇宙梳模型的背景下讨论了其他FRB，以及其他重复FRB模型根据新的观测结果所遇到的挑战。
2018-02-07 astro-ph.HE
Analytical ray-tracing of synchrotron emission around accreting black holes
本文利用解析光线追踪技术artpol研究吸积黑洞周围同步辐射的偏振图像畸变，推导了强度和偏振特征从局部到观测者坐标的快速转换表达式，重点关注物质非零高度与非圆周运动，以服务于黑洞附近的静态和动态偏振成像。
2024-12-11 astro-ph.HE
Difficulties of Quantitative Tests of the Kerr-Hypothesis with X-Ray Observations of Mass Accreting Black Holes
对X射线双星中恒星质量黑洞和活动星系核中质量吸积的超大质量黑洞的X射线研究已达到高度成熟，并提供了有关天体物理来源和黑洞吸积物理的详细信息。本文综述了利用X射线观测来检验“Kerr假设”的最新进展，“Kerr假设”认为所有天体物理准静态黑洞的背景时空都是由Kerr度规描述的。虽然观测确实揭示了强场引力中相对论效应的明确证据，但克尔假设的定量测试仍然面临理论和实际困难。在这篇文章中，我描述了几个最近引入的测试度量和审查的质量吸积恒星质量和超大质量黑洞的背景时空与这些测试度量的约束状态。讨论的主要结论是，天体物理学的不确定性是大的克尔和非克尔度量之间的观测差异相当小，排除了定量约束偏离克尔度量在这一点上的时间。最后，我讨论了未来的进展，使更详细的数值模拟和未来的X射线光谱，定时，偏振和干涉测量任务。
2018-07-25 astro-ph.HE
Radio Emission from Accreting Isolated Black Holes in Our Galaxy
除了在双星系统中发现的几十个恒星质量的黑洞外，一个$10^8$级的孤立黑洞（IBH）被认为潜伏在我们的银河系中。尽管一些IBH能够从星际介质中吸积物质，但吸积流通常很弱，因此辐射效率低下，从而导致大量物质外流。我们研究电子加速产生的冲击之间形成的外流和周围的材料，以及随后的无线电同步辐射从加速电子。通过数值计算IBH的轨道，以获得它们的空间和速度分布，我们估计的IBH的数量可检测的调查使用SKA 1-mid（SKA 2）作为$\sim 30$（$\sim 700$）的最乐观的情况。SKA的视差测量可能会精确地给出它们的距离，可能会揭示我们银河系中黑洞的性质。
2019-07-01 astro-ph.HE
Can accreting primordial black holes explain the excess radio background?
在$\simeq 0.1-10\,{\rm GHz}$观测到的过多的无线电背景在过去几年里引发了许多科学争论。最近，有人指出，吸积原始黑洞的软光子发射可能能够解释这一信号。我们表明，预期的紫外光子发射从这些吸积黑洞将宇宙完全在$z>6$，从而洗出21厘米的吸收签名在$z\simeq$ 20以及与现有的宇宙微波背景各向异性和平均光谱失真限制的紧张局势。我们讨论了可能的模型的增强，但是，它似乎是一个解释的无线电过剩的吸积原始黑洞是不合理的。
2022-11-04 astro-ph.CO astro-ph.HE
Stochastic acceleration in accreting black holes
我们提出了一个扩展的BELM代码（Belmont等2008），以调查粒子加速的微观物理在黑洞吸积盘冠。该代码的更新版本解释了共振板波的动力学以及它们与轻子或质子的相互作用。发现质子温度是吸积盘日冕中粒子随机加速过程的重要调节效应。我们提出了天鹅座X-1的高软光谱态的初步拟合。
2013-03-04 astro-ph.HE
The MAVERIC Survey: Still No Evidence for Accreting Intermediate-mass Black Holes in Globular Clusters
我们提出了一个超深，全面的无线电连续调查的结果，吸积签名的中等质量的黑洞在球状星团。样品，用Karl G.~ Jansky甚大阵和澳大利亚望远镜紧凑阵，由50个银河系球状星团组成。在我们的样本中，没有在任何星团中发现中等质量黑洞的令人信服的证据。为了实现对低水平发射的最高灵敏度，我们还展示了我们的样品的整体堆叠的结果，以及各种子样品，也发现未检测到。这些结果加强了这样一种观点，即质量为$\gtrsim 1000 M_{\odot}$的中等质量黑洞在球状星团中是罕见或不存在的。
2018-06-01 astro-ph.HE
The Powers of Relativistic Jets depend on the Spin of Accreting Supermassive Black Hole
理论模型表明，活动星系核的相对论喷流的功率取决于中心超大质量黑洞的自旋和质量，以及吸积。在这里，我们报告一个样本的耀变体的档案观测分析。我们发现喷流动力学功率和超大质量黑洞的自旋之间存在显著的相关性。同时，我们利用多元线性回归分析了喷流动能与吸积、自旋和黑洞质量之间的关系。我们发现，超大质量黑洞的自旋和吸积是对喷注动能的最重要贡献。超大质量黑洞的自旋和吸积的贡献率均大于95%。这些结果表明，超大质量黑洞的自旋能量为相对论喷流提供动力。几乎所有费米耀变体的喷流产生效率都可以用围绕在快速旋转的黑洞周围的中等厚度的磁制动吸积盘来解释。
2021-04-09 astro-ph.HE
Two Types of Ergospheric Jets from Accreting Black Holes: The Dichotomy of Fanaroff-Riley Galaxies
研究了不同吸积环境下黑洞转动能的提取。当吸积速率为中等时，吸积盘由外部薄盘和内部平流主导的吸积流组成。在这样的组合盘中，外部薄盘可以在事件视界维持中等强度的磁场，导致通过磁流体动力学彭罗斯过程形成具有中等亮度和速度的相对论喷流。另一方面，当吸积率增加到足够大时，圆盘在视界附近就变得几何上薄。在这个细长的圆盘中，密度较高的等离子体可以维持比组合圆盘中更强的磁场，从而通过Blandford-Znajek过程形成具有更大亮度和速度的喷流。讨论了前者与Fanaroff-Riley（FR）I星系有关，后者与FR II星系有关。
2012-11-07 astro-ph.HE
Fourier spectral-timing techniques for the study of accreting black holes
本文回顾了用于研究吸积黑洞的傅里叶光谱时序技术，重点介绍了X射线混响映射和低频准周期振荡的相位分辨光谱学，以诊断吸积几何结构并约束振荡机制。
2022-12-20 astro-ph.HE
TeV Gamma-rays from accreting magnetars in massive binaries
我们考虑大质量双星系统中磁星型的中子星。我们确定的条件下，从恒星风的物质可以穿透磁星的内磁层。在离NS表面一定距离处，磁压可以平衡吸积物质的重力压力，从而产生非常湍流的磁化过渡区。这一区域为电子加速到相对论能量提供了良好的条件。这些电子在同步加速器过程和附近大质量恒星伴星辐射的逆康普顿（IC）散射中失去能量，产生高能量的X射线辐射，最高可达$\sim$ TeV $γ$射线。初级$γ$射线被恒星辐射进一步吸收，形成IC $e^\pm$对级联.我们计算了初级电子和次级$e^\pm$对的同步辐射X射线辐射和级联过程的IC $γ$射线辐射。结果表明，TeV $γ$射线双星系统LSI +61 303在X射线和TeV $γ$射线能量范围内的准同时观测可以用这种吸积磁星模型来解释。
2009-01-04 astro-ph.HE
Modelling optical emission of Ultra-luminous X-ray Sources accreting above the Eddington limit
本文研究了超亮X射线源双星系统的演化，并假设它们通过一个非标准的、对流占优的、有外流的细长盘吸积到黑洞上，计算了它们的光辐射。我们考虑系统的黑洞的$20M_{\odot}$和$100M_{\odot}$，和施主质量之间的$8M_{\odot}$和$25M_{\odot}$。超临界吸积对光辐射有很大的影响。在外流的存在下，辐射通量仍然比标准圆盘产生的辐射通量强得多。然而，在非常高的吸积率的贡献X射线照射变得越来越不重要相比，从光盘发出的本征通量。在主序之后，光学对应物在色星等图上的演化轨迹与Eddington限制吸积的演化轨迹明显不同。具有恒星质量黑洞和超临界吸积的$12-20 M_{\odot}$施主的系统的特征是蓝色（F450 W-F555 W $\simeq - 0.2 : +0.1$）和高光度（$M_{V} \simeq - 4 : - 6.5$）。从类似质量的演化施主超临界吸积更多质量黑洞的系统具有类似的颜色，但可以达到$M_V \simeq - 8$。我们将我们的模型应用于NGC 1313 X-2和NGC 4559 X-7。这两个来源都很好地代表了一个系统增生以上爱丁顿从一个大规模的演变捐助者。对于NGC 1313 X-2来说，协议是一个$\sim 20M_{\odot}$黑洞，而NGC 4559 X-7需要一个质量更大的黑洞。
2018-09-13 astro-ph.HE
Radiation-dominated polar emitting region of an accreting X-ray pulsar -- I. Polarization- and spectrum-dependent structure, and the emergent continuum
Sternberg Astronomical Institute, Lomonosov Moscow State University（莫斯科国立大学列昂尼德·斯特恩伯格天体物理研究所）；Faculty of Physics, Lomonosov Moscow State University（莫斯科国立大学物理学院）
本文通过三维模型研究X射线脉冲星极发射区的辐射主导结构，考虑磁散射、Compton散射等机制，揭示了激波区电子温度及高能区域形成机制。
2026-03-02 astro-ph.HE
Oscillating shocks in the low angular momentum flows as a source of variability of accreting black holes
本文导出了准球形微旋转流中激波形成的条件。我们验证了半解析，固定计算的结果与时间演化研究的数值流体模拟，我们研究的振荡的冲击位置。我们还研究了流动的行为与不同的特定角动量，其中的“滞后”类型的环路时，发现通过多个音速点区域。我们的结果与在Sgr A* 中观测到的光度耀斑的时间尺度和形状一致。这些模型也可能适用于银河系恒星质量的黑洞，如GX 339-4或GRS 1915+105，其中X射线光度的周期性振荡被检测到。
2014-11-28 astro-ph.HE
Radiatively efficient accreting black holes in the hard state: the case study of H1743-322
近年来，人们致力于揭示吸积流与吸积致密天体中喷流之间的联系。在目前的工作中，我们报告这些问题的新的限制，通过长期的无线电和X射线行为的黑洞候选人H1743-322的研究。这个源被认为是宇宙射电/X射线相关性的“异常值”之一，即一组吸积恒星质量的黑洞，对于给定的X射线光度，其射电发射比相关性预期的要微弱。研究表明，H1743-322的射电和X射线辐射在硬谱态的高光度下是强相关的。然而，对于黑洞X射线双星，这种相关性异常陡峭：b ~ 1.4（具有L_{Radio} \propto L_{X} ^{b}）。在临界光度以下，相关性变得更浅，直到它重新加入标准相关性，b ~ 0.6。基于这些结果，我们首先表明，陡峭的相关性可以解释，如果内部吸积流的辐射效率在硬态，在通常假设的黑洞X射线双星在这种光谱状态。因此，陡峭和标准相关性之间的过渡将反映从辐射有效到辐射无效的吸积流的变化。最后，我们调查的可能性，“离群值”和“标准”黑洞之间的差异所产生的流出性质，而不是从吸积流。
2011-01-26 astro-ph.HE
Probing the Physical Properties of the Corona in Accreting Black Holes
日冕是大多数明亮的吸积黑洞的关键组成部分，携带5 - 30%的能量，并在非喷射的活动星系核（AGN）中，产生所有$\simeq 1-2$ keV以上的X射线发射。它的辐射照亮了内部的吸积盘，产生了原子线丰富的反射光谱，用于诊断和绘制吸积流和测量黑洞自旋。日冕很可能是由吸积盘的强烈差异旋转提供磁力，它可能与相对论喷流密切相关。最近的工作表明，许多黑洞日冕可能由致密日冕环境中光子-光子碰撞产生的电子-正电子对所支配。尽管日冕是活动星系核和黑洞双星系统的一个组成部分，但关于日冕的性质，如它的几何形状、位置和驱动发射的物理机制，还有很多是未知的。在本白皮书中，我们探讨了我们目前对日冕性质的理解，例如从现有的硬X射线望远镜（如NuSTAR）测量获得的日冕温度，并讨论了未来十年围绕日冕性质需要解决的重要问题。硬X射线观测将继续消除日冕的神秘感，并打开类星体引擎的这一部分，以充分了解。
2019-03-12 astro-ph.HE
A connection between accretion state and $\textit{Fe K absorption}$ in an accreting neutron star: black hole-like soft state winds?
吸积恒星质量黑洞的高分辨率X射线光谱揭示了吸积盘风的存在，高电离铁K线跟踪。这些风似乎有一个赤道的几何形状，并观察到只有在光盘占主导地位的国家，其中无线电喷流是缺席。吸积中子星系统也显示出赤道高电离吸收体。然而，与吸积状态的任何相关性的存在以前没有被测试过。我们研究了EXO 0748-676，一个瞬态中子星系统，我们可以可靠地确定其吸积状态，以研究Fe K吸收/吸积状态/喷流的联系。没有一个在硬态获得的20个X射线光谱显示任何显着的铁K吸收线。然而，强烈的Fe ${\scriptsize{\rm XXV}}$和Fe ${\scriptsize{\rm XXVI}}$（以及很少观察到的Fe ${\scriptsize{\rm XXIII}}$线加上S ${\scriptsize{\rm XVI}}$ ; S ${\scriptsize{\rm XVI}}$和Ar ${\scriptsize{\rm XVII}}$的混合物; Ca ${\scriptsize{\rm XX}}$和Ca ${\scriptsize{\rm XIX}}$，可能由相同的高电离材料产生）吸收线（$EW_{\rm Fe~{XXIII-XXV}}=31\pm3$ eV，$EW_{\rm Fe~XXVI}=8\pm3$ eV）在唯一的软态观察期间被清楚地检测到。这表明，Fe K吸收和状态之间的联系（以及Fe K吸收和…
2014-07-16 astro-ph.HE
Accreting Primordial Black Holes: Dark Matter Constituents
The University of Texas at San Antonio（圣安东尼奥德克萨斯大学）；Rice University（莱斯大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
研究通过GRMHD模拟展示原初黑洞在磁旋转不稳定性作用下，将早期宇宙密度与现今暗物质丰度联系起来，发现正电子对等离子体可作为原初黑洞种子的质料，其辐射与观测到的伽马射线背景一致。
2026-03-21 astro-ph.HE
Slim disk modeling reveals an accreting intermediate-mass black hole in the luminous fast blue optical transient AT2018cow
最明亮的亚类的快蓝色光学瞬变（LFBOTs）的起源仍然是未知的。我们提出了一个X射线光谱分析的AT 2018 cow的LFBOT原型，使用NuSTAR，雨燕，和XMM牛顿数据。源谱可以用细长的吸积盘的存在来解释，我们发现在源发现后>~ 200天，质量吸积率下降到亚埃丁顿水平。将我们的细长盘模型应用于多个观测时期获得的数据，我们将AT 2018 cow中心致密天体的质量限制为log（M_BH/Msun）=2.4+0.6/-0.1，置信水平为68%。我们的质量测量是独立的，但一致的，从以前采用的方法的结果。质量约束是一致的潮汐中断和黑洞-恒星合并的情况下，如果后者的模型可以外推到测量的黑洞质量。我们的工作为吸积中等质量黑洞（10^2- 10^6 Msun）作为AT 2018 cow的中心引擎提供了证据，并通过扩展，在类似于AT 2018 cow的LFBOT源中。
2024-09-26 astro-ph.HE
An elevation of 0.1 light-seconds for the optical jet base in an accreting Galactic black hole system
在许多吸积黑洞中观测到相对论等离子体喷流。根据理论，靠近黑洞的螺旋磁场加速并准直等离子体，导致喷射被发射。从这个加速和准直区隔离发射是测量其大小和理解射流形成物理的关键。但这是具有挑战性的，因为从喷流基地的排放不容易从其他吸积成分中分离出来。在这里，我们表明，从银河系黑洞双星的快速光通量变化延迟相对于X射线辐射从接近的黑洞的~0.1秒，这个延迟的信号出现在一起的增亮的无线电喷流。这些亚秒光学变化的起源迄今为止一直存在争议。我们的工作不仅有力地支持了光学变化的喷流起源，而且还为黑洞上方的主要内部光学发射区设置了<~10 $^3$ Schwarzschild半径的特征高程，限制了内部激波和磁流体动力学模型。与耀变体的相似性表明，喷流结构和发射物理学可能在质量不变模型下统一起来。两个研究得最好的喷射黑洞双星显示出非常相似的光学滞后，因此这种大小尺度可能是此类系统的一个定义特征。
2017-10-26 astro-ph.HE
Fe K$α$ Profiles from Simulations of Accreting Black Holes
我们提出的第一个结果，从一个新的技术预测的Fe-K $α$配置文件直接从广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟。从GRMHD模拟的数据处理的Monte Carlo全球辐射输运代码，它确定的X射线通量照射磁盘表面和日冕电子温度自洽。利用模拟得到的辐射通量和盘的密度结构，通过光电离平衡和辐射传输方程的求解，确定了再处理后的Fe K $α$发射。我们制作的地图的表面亮度的Fe K $α$排放的磁盘表面，其中-为我们的例子的$10 M_\odot$，史瓦西黑洞吸积在$1\%$爱丁顿值-急剧上升一个引力半径外的半径最内稳定的圆形轨道，然后下降$\propto r^{-2}$在更大的半径。我们解释这些功能的Fe K $α$径向表面亮度分布的磁盘的电离结构和扩展的日冕几何形状的后果，分别。我们还提出了相应的铁K $α$线的配置文件，将看到由遥远的观察者在几个倾角。我们预测的K $α$线的线轮廓和等效宽度的形状都与通常从吸积黑洞中观察到的线轮廓和等效宽度在定性上相似。最重要的是，这项工作代表了理论和观测之间的直接联系：在一个完全自洽的方式，我们产生可观察到的结果--铁荧光线轮廓--从黑洞吸积理论几乎没有唯象假设。
2016-04-05 astro-ph.HE
On the determination of the spin and disc truncation of accreting black holes using X-ray reflection
本文讨论了简单的相对论模糊X射线反射模型在吸积黑洞盘的自旋和内径的确定中的应用。观测上，日冕的性质是不确定的先验，但一个强大的确定的内部磁盘半径时，磁盘的发射率指数是严格限制。当内部圆盘被很好地照亮时，黑洞的自旋也可以被确定。使用来自射线追踪的反射建模，我们表明，强大的确定盘截断需要的位置的冠状源是准静态的，并在高度和半径小于盘的截断半径。稳健的自旋测量要求日冕的至少一部分位于黑洞上方小于约10个引力半径的地方，以便最里面的区域，包括最里面的稳定圆形轨道，得到很好的照明。模糊核的宽度（例如，铁线）对日冕高度有很强的依赖性。这些限制可能特别适用于低爱丁顿分数（例如低/硬状态和低光度AGN），其中日冕的高度可能相对较大，或流出，并与喷流产生有关。
2014-01-08 astro-ph.HE
Variable jet Lorentz factors can explain soft self-absorbed radio spectra of accreting black-holes
我们研究了可变射流体积洛伦兹因子的影响，即，无论是喷流加速或减速，部分同步自吸收无线电频谱从核心的无线电响亮的活动星系核和黑洞双星在硬状态。在大约一半的类星体和射电星系中，观测到它们的核心射电光谱是软的，即，具有$α<0$的光谱指数。如果它们是由具有恒定洛伦兹因子的喷流发射的，那么这种柔软性意味着大量能量在离中心很远的地方沉积。我们在这里表明，这样的软频谱可以解释没有能量的要求，通过发射的射流与多普勒因子随距离增加。这可能发生在射流加速或减速时，具体取决于射流视角。我们发现我们的模型可以解释BL Lac天体Mrk 421和Mrk 501的静态射电-X射线谱。
2019-08-12 astro-ph.HE
Radiative Shocks around Super-Eddington Accreting Black Holes
本文通过二维辐射流体动力学模拟研究了恒星质量黑洞周围平流吸积流中的辐射驻波激波，重点研究了超爱丁顿吸积流。在一组引起驻激波的输入流参数下，赤道上的激波位置随着吸积率的增加而向事件视界方向减小。在沿旋转轴的狭窄漏斗区中的光学薄的和热的气体逐渐转变为致密的和光学厚的状态，并且从赤道附近的辐射激波的基部输送越来越致密的气体。其结果是，亮度变得高达~ $10^{40}$ erg $s^{-1}$，并且辐射在旋转轴周围显示出强烈的各向异性分布，然后显示出非常低的边缘亮度为~ $10^{36}$ erg $s^{-1}$。从外边界流出的质量流量高达~ $10^{-5}$和$10^{-4}$ $M_{\odot} yr^{-1}$，但大部分流出是通过径向外边界产生的，可以在很宽的风区上观察到。该模型显示出近似黑体光谱的温度为$5 \times 10^{6} - 3 \times 10^{7}$ K在垂直的外边界表面。超爱丁顿光度辐射激波模型给出了超吸积体SS 433和超铝X射线源与恒星质量黑洞的可能模型。
2021-02-10 astro-ph.HE
A Fourier Transformed Bremsstrahlung Flash Model for the Production of X-Ray Time Lags in Accreting Black Hole Sources
吸积黑洞源显示出各种各样的快速时间变化，包括在X射线瞬变期间的时间滞后的表现，其中在硬光谱和软光谱的傅立叶分量之间观察到延迟（相移）。尽管有大量关于时间滞后的观测证据，但对于这一现象的起源还没有基本的物理解释。我们开发了一个新的理论模型的基础上，生产的X射线的时间滞后的傅里叶变换描述的扩散和康普顿化的种子光子传播通过一个球形电晕的精确解析解。由此产生的格林函数可以与任何源分布进行卷积，以计算相关的傅里叶变换和时间滞后，从而使我们能够探索各种各样的注入场景。我们表明，热康普顿是能够自洽地解释X射线的时间滞后和稳态（静态）X射线光谱中观察到的低硬态的Cyg X-1。韧致辐射种子光子的再处理产生X射线时间滞后，其随着傅立叶频率的增加而减小，这与对宽范围源的观测一致。
2014-06-03 astro-ph.HE
Optical Astrometry of Accreting Black Holes and Neutron Stars: Scientific Opportunities
在黑洞和中子星附近发现的极端条件为检验物理理论提供了一个独特的机会。对这两种致密天体的观测都可以用来探测强引力区域，从而可以检验广义相对论。此外，在中子星内部存在的非常高的密度下，确定物质的性质将对核物理和粒子物理学具有重要意义。虽然这些天体中有许多是双星系统（“X射线双星”），其中来自恒星伴星的吸积物质提供了对致密天体的探测，但在进行最终测试的测量方面的主要困难是基本信息的不确定性，例如到源的距离，其双星轨道的方向和致密天体的质量。微弧秒级的光学天体测量将允许以百分之几的精度精确确定距离和自行，并将提供直接绘制X射线双星轨道的机会，导致轨道倾角和紧凑物体质量的测量精度优于4%。空间干涉测量任务（“SIM Lite”）将使天体测量达到前所未有的精度，这将导致黑洞和中子星物理学研究的突破
2009-02-24 astro-ph.HE
Fast variability as a probe of the smallest regions around accreting black holes
我们从黑洞XTE J1550-564中提取了从硬态到软态的转变过程中最快变化（10 Hz以上）的光谱。我们证实了以前的结果，快速变化不包含显着的光盘组件，尽管这是强烈存在于软观测的总频谱。我们模型电离反射显着优于以前的工作，并表明，这也是抑制在快速变化的光谱相比，总排放量。这与快速变率起源于靠近黑洞的热内流而不是吸积盘或其上方的日冕是一致的。然而，快速变率谱并不简单地与总康普顿辐射相同。它总是明显更硬，随着爆发期间光谱的软化而增加。这增加了时间滞后的证据，证明康普顿化区域是不均匀的，更硬的光谱产生最接近黑洞，同一区域产生最快的变化。
2013-02-20 astro-ph.HE
Clumpy Outflows from Super-Eddington Accreting Black Holes I: Radiation Hydrodynamics Simulations and Observational Implications
Center for Computational science, University of Tsukuba（筑波大学计算科学中心）；Department of Natural Science, Faculty of Arts and Science, Komazawa University（驹泽大学文理学院自然科学系）；Department of Astronomy, Graduate School of Science, Kyoto University（京都大学理学研究科天文学系）
本研究通过高分辨率辐射水动力学模拟揭示超Eddington吸积黑洞喷流的团块结构特征，并探讨其观测意义。
2026-02-24 astro-ph.HE
X-ray Spectra from MHD Simulations of Accreting Black Holes
我们提出了一个新的全球辐射输运代码耦合到一个吸积，非旋转黑洞的广义相对论磁流体动力学模拟的结果。这是第一次，我们能够用自洽的方式从第一性原理解释恒星质量黑洞的X射线光谱中的所有成分，包括热峰和与强硬X射线发射相关的所有特征：延伸到高能量的幂律、康普顿反射峰和宽铁谱线。仅改变质量吸积率，我们就能够再现在大多数星系黑洞源中看到的大范围的X射线态。日冕中的温度在盘附近的边界层中为T_e ~ 10 keV，在盘上方的低密度区中平稳地上升到T_e >~ 100 keV。即使随着吸积率的降低，盘的反射边缘从视界向外变化到~ 6 M，我们发现Fe Kα线的形状是非常恒定的。这是因为从俯冲区发射的光子强烈地射入视界，永远不会到达观测者。我们还进行了一个基本的时序分析的光谱，并发现分数的变化增加与光子能量和观众的倾斜角度，符合日冕热点模型的X射线波动。
2013-04-30 astro-ph.HE
Winds and feedback from supermassive black holes accreting at low rates: Hydrodynamical treatment
由超大质量黑洞（SMBH）产生的外流可以在其宿主星系中产生重要的反馈效应。一个尚未解决的问题是来自低光度活动星系核（LLAGN）中低速吸积的SMBH风的性质和特性。我们进行了二维数值，流体动力学模拟的辐射低效吸积流到非旋转黑洞。我们探讨了多样性的初始条件的旋转曲线和粘性剪切应力处方，并发展了我们的模型非常长的持续时间高达$8 \times 10^5 GM/c^3$。我们的模型产生了强大的亚相对论，热驱动风起源于距离$10-100 GM/c^2$从SMBH的吸积流的日冕。风的速度达到$0.01 c$，动能相当于大距离流入气体的静止质量能量的0.1-1%，与活动星系核反馈的“无线电模式”模型吻合得很好。我们模拟的流出物的性质与对LLAGN所在的静止星系中的风的观测结果基本一致，LLAGN能够加热周围的气体并抑制恒星的形成。
2020-01-28 astro-ph.HE
Criterions for retrograde rotation of accreting black holes
旋转的超大质量黑洞会产生喷流，其起源与吸积物质流产生的磁场有关。有一种观点认为，旋转黑洞周围的电磁场是通过吸积作用带到黑洞的。在这种情况下，黑洞吸积盘产生较弱的大尺度黑洞穿线磁场，这意味着较弱的喷流，在逆行制度。本文的基本目标是在观测到的活动星系核中寻找最佳的逆行吸积系统。我们发现，活动星系核与低爱丁顿比真的是最好的候选人逆行系统。这一结论是获得的动力学主导的FRII射电星系，平坦频谱射电响亮窄线塞弗特I星系和一些附近的星系。我们的结论是，逆行系统的最佳候选者是宇宙中活跃星系核的明显数量。这一结果对应的结论是，在合并过程中，合并黑洞与逆行的环双星盘的相互作用是相当有效的收缩双星系统。
2018-03-09 astro-ph.GA astro-ph.HE
On the lamppost model of accreting black holes
研究了吸积黑洞系统中X射线源位于靠近视界的旋转轴上的灯柱模型。我们指出了广泛使用的灯柱模型relxillp中的许多不一致之处，例如，忽略了由灯柱发射并直接观察到的光子的红移。它们似乎使那些源距视界的距离在几个引力半径之内的模型拟合结果无效。此外，如果这些结果是正确的，灯柱中产生的大部分光子将被黑洞捕获，并且在无穷远处测量的光源中产生的亮度将比观察到的大得多。这似乎与观察到的X射线双星的硬态和软态之间的平滑状态转换相冲突。所需的增加吸积率和相关的效率降低也提出了一个问题的活动星系核。然后，这些模型意味着在局部框架中测量的亮度要比在源中产生的和在无穷远处测量的亮度高得多，这是由于时间膨胀和红移的附加效应，并且电子温度要明显高于观察到的。我们表明，这些条件意味着拟合源将是对平衡。另一方面，上述问题对距离黑洞较远的源造成了相对较小的问题，在那里relxilllp仍然可以使用。
2016-03-16 astro-ph.HE
Accreting Black Holes
本章提供了宇宙中黑洞的理论和观测的一般概述及其解释。我们简要地回顾了黑洞的分类、吸积盘模型、光谱态分类、活动星系核分类以及测量黑洞自旋的主要技术。我们还介绍了准周期振荡，黑洞的阴影，观测和理论模型的喷流。
2019-12-26 astro-ph.HE gr-qc
The Shadow of a Spherically Accreting Black Hole
我们探讨了史瓦西黑洞上光学薄吸积的一个简单的球形模型，并研究了远距离观测者所看到的图像的性质。我们表明，一个黑暗的圆形区域的中心-阴影-始终存在。阴影的外缘位于光子环半径$b_{\rm ph} \equiv \sqrt{27}r_g$处，其中$r_g=GM/c^2$是吸积质量$M$的引力半径。阴影边缘的位置与吸积气体停止辐射的内半径无关。因此，观测到的阴影的大小是时空几何的一个特征，它几乎不受吸积细节的影响。我们简要地讨论了这些结果的事件视界望远镜图像的超大质量黑洞在M87的相关性。
2019-10-25 astro-ph.HE gr-qc
The formation of black holes from rapidly accreting supermassive stars is not trivial: Simulations of thermonuclear pulsations and explosions
本研究通过首次广义相对论流体动力学模拟发现，快速吸积超大质量恒星的坍缩常被核燃烧阻止，黑洞形成依赖吸积率与金属丰度，挑战了此前的普遍认知，推动高红移类星体起源相关研究。
2024-08-15 astro-ph.HE astro-ph.SR
Radiation pressure role in accreting massive black hole binaries
Università degli Studi di Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）；INFN, Sezione di Milano-Bicocca（意大利国家核物理研究所米兰比可卡分部）；Università degli Studi di Milano（米兰大学）；DiSAT, Università degli Studi dell’Insubria（因苏布里亚大学 DiSAT）
研究辐射压力对环绕吸积大质量黑洞双星（MBHBs）的双星盘的影响，采用三维超拉格朗日分辨率水动力模拟，发现辐射压力显著改变盘的垂直和热结构，导致更薄更冷的盘配置，从而减少吸积率并抑制环形偏心率增长和进动。
2025-08-25 astro-ph.CO astro-ph.HE
Spacetime constraints on accreting black holes
利用解析方法研究了旋转Kerr黑洞吸积对自旋的依赖性。在线性区，MHD湍流吸积流中的角动量输运涉及到差动旋转流中连接等离子体的径向磁场的产生。我们采取第一原理的方法，突出的约束，限制了径向磁场的产生和放大，源于能量从机械到磁的形式转移。由于以磁性形式转移的能量最终受到引力势能或Killing能量的约束，后者的自旋依赖性允许我们推导出吸积等离子体成功驱逐其角动量和吸积的自旋依赖性约束。我们发现这种能力和黑洞自旋之间存在反比关系。如果这种径向磁场的产生形成吸积流的角动量转移的基础上，涉及克尔黑洞的吸积率预计将较低的黑洞自旋增加的Ekde意义。
2009-06-12 astro-ph.HE gr-qc
Retrograde versus prograde models of accreting black holes
人们普遍认为，磁场、吸积盘和旋转的黑洞是产生已知宇宙中最强大能量的工具。尽管如此，由于磁化吸积到旋转的黑洞上既涉及目前无法完全用数值处理的非线性磁流体力学的复杂性，又涉及目前作为输入的一部分的磁场起源的不确定性，因此可能的解决方案的空间仍然不那么受限制。因此，文献仍然见证了相当不同的黑洞引擎模型的扩散。但积累的大量观测数据现在足以有意义地区分它们。正是在这种情况下，这篇重要的论文比较了最近的逆行框架与标准的“自旋范式”的Brachde模型。
2013-04-11 astro-ph.CO astro-ph.HE
Numerical test of the method for revealing traces of deterministic chaos in the accreting black holes
黑洞X射线双星发出的高能辐射起源于一个吸积盘，因此光变曲线的变化反映了吸积盘的动力学。我们研究了辐射通量随时间的演化，以寻找低维非线性方程控制吸积流的证据。在这里，我们测试了我们的新方法在两个数值时间序列上发现混乱行为的能力，这两个数值时间序列描述了测试粒子围绕被薄的大质量圆盘包围的黑洞的运动，一个是规则的，另一个是混乱的。
2016-04-10 astro-ph.HE astro-ph.IM
The physical origin of the X-ray power spectral density break timescale in accreting black holes
利用功率谱密度（PSD）可以分析活动星系核（AGN）和黑洞双星的X射线变。在功率谱中观察到的中断定义了吸积系统的特征变化时间尺度。关联特征时间尺度、黑洞质量和吸积率的经验变率标度（$T_B \propto M_{BH}^{2.1}/\dot{M}^{0.98}$）从活动星系核中的超大质量黑洞延伸到双星系统中的恒星质量黑洞。我们建议，PSD打破时标与冷却时标的电子在康普顿化过程中所观察到的硬X射线发射的起源。我们得到康普顿冷却时标直接导致观测标度，自然地再现了黑洞质量和吸积率的函数依赖关系（$t_C \propto M_{BH}^{2}/\dot{M}$）.这一结果仅仅来自于发射机制的一般性质，与任何特定吸积模型的细节无关。
2012-03-02 astro-ph.CO astro-ph.HE
Impact of the reflection model on the estimate of the properties of accreting black holes
黑洞双星和活动星系核X射线谱的相对论反射特征起源于热日冕对吸积盘内部的照射。在高质量的数据和正确的天体物理模型的存在下，X射线反射光谱可以是一个相当强大的工具，探测强引力区，研究吸积物质的形态，测量黑洞自旋，甚至在强场区测试爱因斯坦的广义相对论。现在有几个相对论反射模型可用，并由不同的小组开发。所有这些模型都存在一些差异，并有一些简化引入系统的不确定性。问题是，不同的模型是否提供了对黑洞性质的不同测量，以及如何为整个X射线天文学界找到一个共同的模型。在本文中，我们通过分析GRS 1915+105中恒星质量黑洞的朱雀观测以及MCG-6-30-15中超大质量黑洞的同时XMM-牛顿和NuSTAR观测来开始探索这个问题。这些源的相对论反射分量分别用FIGHCONV $\times$ REFLIONX、FIGHCONV $\times$ XILLVER和FIGHXILL拟合。讨论了它们之间的差异及其对吸积黑洞研究的影响。
2020-07-31 astro-ph.HE gr-qc
Investigating the interaction of a Cosmic String with an Accreting Black Hole
Dr. Vishwanath Karad MIT-World Peace University（Vishwanath Karad MIT-世界和平大学）
研究发现宇宙弦与吸积黑洞相互作用时，自转变化会影响吸积盘轨道位置，且存在弦时自转加速过程更慢，可能通过过渡阶段的缺失证明宇宙弦存在。
2025-12-10 astro-ph.HE hep-th
