Radiation GRMHD Simulations of the Hard State of Black Hole X-ray Binaries and the Collapse of a Hot Accretion Flow
我们提出了全球辐射GRMHD模拟强磁化吸积到一个旋转，恒星质量的黑洞在亚爱丁顿率。使用频率相关的蒙特卡罗程序康普顿散射，我们自洽地发展的离子-电子流体和它的辐射场的两个温度的描述。对于爱丁顿比$L/L_{\rm Edd} \gtrsim 10^{-3}$，从热康普顿化到$\simeq 100$ keV的截止，出现的光谱形成明显的幂律形状，这是黑洞X射线二元系统的硬光谱状态的特征。在这些亮度下，辐射效率高（$\approx 24\%$），并导致磁场在动态上重要的较密集的中平面区域。对于$L/L_{\rm Edd} \sim 10^{-2}$，我们的热吸积流似乎经历热失控和崩溃。我们的模拟表明，热吸积流可以辐射效率，并提供了一个估计其最大光度。
2021-09-13 astro-ph.HE
Plasmoid formation in global GRMHD simulations and AGN flares
在相对论喷流中，作用于所有尺度的主要耗散过程之一被认为是由磁重联控制的。这种耗散过程已经在理想化的环境中进行了研究，例如重连层，它在合并的岛屿中发展并导致等离子体团的产生，最终导致有效的粒子加速。在流向黑洞的吸积流中，在流的湍流演化过程中，重联层可以迅速发展和破坏。我们提出了一系列的二维广义相对论磁流体动力学模拟环面吸积到旋转黑洞集中我们的注意力在电流片的形成和演化。最初，环被赋予极向磁场，该极向磁场具有沿径向方向的多环结构和交替极性。在重联过程中，等离子体团和等离子体团链的发展导致耀斑活动，从而导致可变的电磁光度。我们描述的方法开发自动跟踪的等离子体团，在模拟过程中产生和弹出，对比的行为，多回路的初始数据中遇到的典型的模拟吸积黑洞具有初始偶极场组成的一个循环。最后，我们讨论的影响，我们的研究结果的可变性预期在吸积超大质量黑洞。
2020-02-05 astro-ph.HE gr-qc
Generalized General Relativistic MHD Equations and Distinctive Plasma Dynamics around Rotating Black Holes
为了研究旋转黑洞周围的等离子体现象，我们导出了一组3+1形式的广义相对论磁流体动力学（GRMHD）方程。特别地，我们研究了广义相对论现象与欧姆定律。我们证实了黑洞附近等离子体中由于引力、离心力和标架拖曳效应而产生的电动势。与天体物理学物体的尺度相比，这些影响仅在局部小尺度现象中才有意义。我们讨论了磁重联的可能性，它是由这些影响之一，在一个小规模的区域，并影响全球的等离子体。阐明了广义GRMHD、标准电阻GRMHD和理想GRMHD对黑洞磁层等离子体的适用条件。
2009-12-26 astro-ph.HE
Are GRMHD Mean-Field Dynamo Models of Thick Accretion Disks SANE?
事件视界望远镜合作的显着成果有关发射从M87*，最近，其偏振特性，需要越来越精确的建模等离子体流周围的吸积黑洞。辐射效率低的源，如M87* 和Sgr A*，通常与SANE（标准和正常的演化）范式，如果吸积动力学是平滑的，或与MAD（磁制动盘）范式，如果黑洞的磁层的反应，停止吸积偶尔，导致一个高度动态的过程。虽然最近的极化研究似乎倾向于MAD模型，但这可能并不适用于所有来源，SANE吸积肯定仍然值得关注。在这项工作中，我们调查的可能性，达到典型程度的磁化和其他吸积属性预期SANE磁盘诉诸平均场发电机过程中的轴对称GRMHD模拟，这是应该模仿放大作用的一个未解决的磁旋转不稳定性驱动的湍流。我们表明，它是可以重现的主要诊断文献中提出的从非常不利的初始配置，如一个纯粹的环形磁场与可忽略不计的磁化。
2021-07-22 astro-ph.HE
Two-Temperature GRMHD Simulations of Black Hole Accretion Flows with Multiple Magnetic Loops
本文通过二维双温 GRMHD 模拟揭示多磁环尺寸与极性如何影响黑洞吸积状态转变、磁重联及等离子体团形成和电子加热。
2023-04-13 astro-ph.HE
Coupled jet-disk model for Sgr A*: explaining the flat-spectrum radio core with GRMHD simulations of jets
银河系中心的超大质量黑洞Sgr A*，显示出一个几乎平坦的射电频谱，这是活动星系核中喷流的典型特征。事实上，辐射低效吸积流（RIAF）的时间相关磁化模型通常用于解释Sgr A* 的毫米波、近红外和X射线发射，通常也会产生类似喷流的外流。然而，到目前为止，这些模型的发射未能再现平坦的无线电频谱。目的：我们调查目前的吸积模拟是否可以产生紧凑的平谱发射，通过简单地使用不同的处方加热喷流中的辐射粒子。研究方法：研究了含时广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟中产生的黑洞吸积流的辐射性质。在这些模型中，一个至关重要的自由参数一直是电子温度，在这里，我们允许在喷流和圆盘中的质子与电子温度比的变化。结果如下：我们发现，平坦的频谱是很容易复制的一个标准的GRMHD模型，如果有一个几乎等温的喷流耦合到一个两个温度的吸积流。低频无线电任务来自于围绕着强磁化的几乎空的喷流的流出物质鞘。该模型与Sgr A* 的射电大小和频谱一致。结论：因此，吸积黑洞的GRMHD模型原则上可以自然地再现与观测特征相匹配的喷流。对于Sgr A* 的模型拟合的频谱预测更高的质量吸积率时，喷流包括比没有喷流。因此，最近发现的G2云的影响，预计将增加到Sgr A* 可能不像目前认为的那么严重。
2013-10-18 astro-ph.HE
Temperature properties in magnetised and radiatively cooled two-temperature accretion flows onto a black hole
在对黑洞吸积的广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟中，通常采用关于电子热力学的简化假设。为了解决这个问题，我们已经开发了一个自洽的方法来研究磁化和辐射冷却的两个温度吸积流周围的克尔黑洞在两个空间维度。该方法包括几个加热过程，辐射冷却，以及通过库仑相互作用的电子和离子之间的耦合。我们测试我们的方法进行轴对称GRMHD模拟的磁化环面吸积到克尔黑洞在各种天体物理场景。通过这种方式，我们发现，库仑相互作用和辐射冷却的列入影响的离子和电子的热力学性质，显着改变后者的温度分布，并强调了一个双温度的方法时，成像这些流的重要性。此外，我们还发现吸积率不仅影响流的整体性质，而且还影响电子和离子的热力学性质。有趣的是，我们观察到定性不同的温度特性SANE和MAD吸积模式，同时保持相同的吸积率，这可能有助于区分MAD和SANE吸积流通过观察。最后，我们提出了两个新的关系的温度比的电子，离子，和气体的等离子体$β$参数。新的关系式为处理Sgr A* 和M1，87 * 等超大质量黑洞上的双温吸积流提供了一种简单而有效的方法.
2022-10-31 astro-ph.HE gr-qc
Magnetic Reconnection, Cosmic Ray Acceleration, and Gamma-Ray emission around Black Holes and Relativistic Jets
粒子加速的磁重联是目前公认的一个重要过程，在磁主导区的银河系和河外黑洞源。这一过程有助于解决目前的困惑，特别是在这些来源的非常高的能量耀斑发射的起源。在这篇综述中，我们讨论了这种加速机制，并显示最近的分析研究和多维数值SRMHD和GRMHD（特殊和广义相对论磁流体动力学）模拟注入测试粒子，这有助于我们理解这一过程中的相对论射流和这些来源的日冕区域。本文还讨论了重联加速粒子所产生的极高能量和中微子辐射。
2019-03-19 astro-ph.HE
Observational appearance of inefficient accretion flows and jets in 3D GRMHD simulations: Application to Sgr~A*
辐射低效吸积流（RIAF）被认为是星系暗核中超大质量黑洞（SMBH）的动力来源。这种黑洞通常伴随着平谱射电核心，表明存在适度相对论性喷流。其中一个最受约束的RIAF与银河系中心的SMBH有关，Sgr A *。由于RIAF中的等离子体只有弱碰撞，这些系统的动力学和辐射特性是非常不确定的。在这里，我们要研究的影响，不同的电子温度的外观吸积流和喷流。使用3-D GRMHD吸积流模拟，我们使用射线追踪方法来预测RIAF的光谱和射电图像，允许不同的电子加热机制在模拟的流入和流出部分。我们发现，电子温度的微小变化可能导致喷流和吸积流的相对优势的显着差异。应用到Sgr A * 表明，该源的无线电频谱和大小可以很好地再现与模型，其中电子更有效地加热的射流。X射线发射对喷流和盘中的电子加热机制敏感，因此X射线观测对吸积流和喷流的电子温度和几何形状有很强的约束。对于Sgr A *，射流模型还预测了显著的频率依赖性核心偏移，一旦精确测量，该偏移可以对模型施加独立的约束。我们的结论是，更复杂的电子分布函数的模型是至关重要的约束GRMHD模拟与实际观测。对于Sgr A *，射电外观很可能是由流出的等离子体主导的。尽管如此，在最高的射频，事件视界的阴影应该仍然可以通过未来的甚长基线干涉测量观测探测到。
2014-08-25 astro-ph.HE
Bardeen-Petterson Alignment, Jets and Magnetic Truncation in GRMHD Simulations of Tilted Thin Accretion Discs
薄盘在发光吸积黑洞周围很普遍，在数值模拟中很难解决。当圆盘和黑洞的角动量矢量不对准时，挑战就变得极端，需要自适应网格在圆盘穿过计算网格时正确地跟随圆盘。利用我们的新的高性能广义相对论磁流体动力学（GRMHD）程序H-AMR，我们模拟了迄今为止最薄的吸积盘，纵横比H/R~0.03，围绕一个快速旋转（a=0.9375）黑洞，使用冷却功能。最初倾斜10度，圆盘在r~5 r_g内弯曲，与黑洞对齐，其中r_g是引力半径。这是第一次演示Bardeen-Petterson对齐MHD与磁化湍流产生的粘性自洽。当r<25 r_g时，盘状物发展出一个低密度高粘性（α_eff ~ 1.0）的磁压主导的内部区域，并迅速地将自身清空到黑洞中。这个内部区域可能在现实中，由于热退耦的离子和电子，蒸发成一个辐射效率低下的吸积流，如果我们建议，冷却时间超过吸积时间设置的顺序单位有效粘度。我们还发现了一个意想不到的结果，即使我们非常薄的圆盘也可以在黑洞上维持大规模的垂直磁通量，从而发射出强大的相对论喷流，这些喷流沿着外部倾斜圆盘的角动量矢量携带20-50%的吸积功率，这为射电大声类星体中喷流的起源提供了一个潜在的解释。
2022-08-10 astro-ph.HE
Relativistic outflows from a GRMHD mean-field disk dynamo
我们模拟了黑洞周围的薄吸积盘，研究了我们的电阻性GRMHD代码（Vourellis等人，2019年）中的平均场盘发电机，该发电机能够产生大规模的磁通量。我们考虑一个弱的种子场在一个初始薄磁盘，背景（湍流）磁扩散率和发电机行动。应用标准猝灭机制以减轻磁场的指数增加。初始鱼骨Moncrief环面的比较模拟表明，重联可能提供另一种猝灭机制。发电机产生的磁通量从磁盘内部扩展到磁盘电晕，成为平流磁盘吸积，并填补了轴向区域的域。发电机导致最初的磁能和磁通量迅速增加，而在后来的进化阶段，增长稳定下来。黑洞的吸积在很大程度上取决于形成的磁场结构。径向场分量支持角动量的提取，从而支持吸积。它还设定了最初从内部盘区域发射盘风的条件。当一个强磁场吞没了圆盘时，强烈的风被发射出来，主要是由环向场的压力梯度驱动的。对于旋转的黑洞，我们确定了坡印廷通量占主导地位的喷流，由Blandford-Znajek机制驱动。这个轴向坡印亭通量是从圆盘平流而来的，因此以圆盘风携带的通量为代价积累起来，而圆盘风本身又由圆盘发电机再生。
2021-02-24 astro-ph.HE
A statistical study of fast magnetic reconnection in turbulent accretion disks and jets
快速磁重联事件在吸积盘系统中起着重要的作用。黑洞双星和活动星系核中观测到的非热甚高能辐射（从GeV到TeV）可以用一个潜在的模型来解释，该模型可以归因于吸积盘和/或喷流的湍流日冕中引起的快速磁重联。在这项工作中，我们将讨论全球广义相对论MHD（GRMHD）模拟的结果吸积盘周围的黑洞，其湍流自然驱动的MHD不稳定性，如磁旋转不稳定性（MRI）。我们也将利用特殊相对论MHD（SRMHD）模拟来研究喷流内部由扭结不稳定性驱动的磁重联。正如我们所期望的，我们的模拟揭示了由这些不稳定性驱动的近稳态湍流的发展。我们已经进行了详细的统计分析，以确定在湍流区的吸积流和射流的电流片的存在。然后，我们确定了这些位置的磁重联率，获得了$0.01-0.7$量级的阿尔文速度单位的平均重联速度，这与磁感应快速重联理论的预测是一致的。
2019-04-09 astro-ph.HE
Dynamics and Emission Properties of Flux Ropes from Two-Temperature GRMHD Simulations with Multiple Magnetic Loops
本文通过含交替多磁环的三维双温GRMHD模拟和GRRT计算，研究黑洞附近磁通量绳的辐射特性，发现小磁环更易产生磁通量绳，其在230 GHz以上贡献显著并形成图像丝状结构。
2024-05-08 astro-ph.HE
Radiation GRMHD simulations of M87: funnel properties and prospects for gap acceleration
利用ebhlight程序对M87中的超大质量黑洞吸积过程进行了三维辐射广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟。的模拟自洽地演变的吸积流产生的辐射场的频率依赖的蒙特卡罗描述。我们探索两个极限的累积磁通量在黑洞（SANE和MAD），每个耦合到几个子网格处方的电子加热的湍流和磁重联模型的动机。我们目前的辐射场的收敛性研究，并研究其性质。我们发现，近地平线光子能量密度是一个数量级高于预测的简单的各向同性估计从观测到的光度。径向依赖的光子动量分布是各向异性的，可以用赤道面附近的一组点源来模拟。我们从模拟中得出辐射和磁场的特性，并将其馈送到间隙加速的分析模型中，以估计磁化射流漏斗的甚高能量（VHE）伽马射线光度，假设间隙能够形成。我们发现的光度$\rm \sim 10^{41} \, erg \, s^{-1}$的MAD模型和$\rm \sim 2\times 10^{40} \, erg \, s^{-1}$的SANE模型，这是可比的测量M87的VHE耀斑。在我们的计算中看到的时间依赖性不足以解释燃烧行为。我们的研究结果提供了一个步骤，桥接理论模型的近地平线上看到的黑洞图像与VHE活动的M87。
2021-09-05 astro-ph.HE
Radiative Cooling Effects on Plasmoid Formation in Black Hole Accretion Flows with Multiple Magnetic Loops
Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University（上海交大李政道研究所）；School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院）；Key Laboratory for Particle Physics, Astrophysics and Cosmology (MOE), Shanghai Key Laboratory for Particle Physics and Cosmology, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学粒子物理、天体物理与宇宙学教育部重点实验室/上海市粒子物理与宇宙学重点实验室）；Goethe-Universität Frankfurt（法兰克福歌德大学）；Research Center for Astronomy, Academy of Athens（雅典科学院天文学研究中心）；Institut für Theoretische Physik und Astrophysik, Universität Würzburg（维尔茨堡大学理论与天体物理研究所）；Max-Planck-Institut für Radioastronomie（马克斯·普朗克射电天文研究所）
本研究通过二维和三维双温度GRMHD模拟，揭示了辐射冷却对黑 hole吸积流中等离子体体形成的影响，发现其抑制MAD状态过渡并改变重联特性，可能影响黑洞能量提取。
2026-01-19 astro-ph.HE
Magnetic Flux Transport in Radiatively Inefficient Accretion Flows and the Pathway towards a Magnetically Arrested Disk
大尺度磁场在决定角动量输运和产生吸积系统中的喷流/外流方面起着至关重要的作用，但其起源仍然知之甚少。我们专注于辐射低效吸积流（RIAF）周围的黑洞（BH），并进行三维广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟使用雅典娜++代码。我们首先重新确认，MRI发电机在RIAF单独不会自发形成磁制动盘（MAD），有利于强射流的形成。我们接下来研究另一种可能性，即大尺度磁场是从外部源（例如X射线双星中的伴星，活动星系核中的磁化环境介质）平流向内的。虽然外部磁场的实际结构可能复杂而不确定，但它们很可能是封闭的。作为第一个研究，我们把它们作为不同大小，形状和场强的闭合场回路。与早期的磁通量运输的研究，其中磁通量被注入在初始层流中，我们注入的磁场环路中的准稳态湍流RIAF流入平衡，并遵循其演变。我们发现，一个相当大的分数（$\sim15\%-40\%$）的磁通量注入在大半径到达BH与弱依赖的环路参数，除了当环路被注入在高纬度，远离中平面。在我们的研究中观察到的相对高效率的通量传输暗示，MAD可能会形成相对容易接近BH，提供了一个源的大尺度场存在于较大的半径。
2023-02-06 astro-ph.HE
Spectral and Imaging properties of Sgr A* from High-Resolution 3D GRMHD Simulations with Radiative Cooling
银河系中心的候选超大质量黑洞人马座A*（Sgr A*），已知是由辐射效率低下的吸积流（RIAF）提供的，这是由其低吸积率推断的。因此，在Sgr A* 的研究中，辐射冷却通常被忽视。然而，RIAF中等离子体的辐射特性知之甚少。在这项工作中，使用全三维广义相对论磁流体动力学模拟，我们研究了辐射冷却的吸积等离子体的动态演化的影响，提出光谱能量分布和合成的亚毫米图像产生的吸积流周围的Sgr A*。这些模拟解决近似方程的辐射冷却过程自洽，包括同步加速器，韧致辐射，逆康普顿过程。我们发现，随着吸积率的增加，辐射冷却在吸积流的动力学中起着越来越重要的作用：中平面密度的增长和下降的气体是不那么湍流冷却变得更强。当吸积率大于$10^{-8}\,M_{\odot}~{\rm yr}^{-1}$（$\gtrsim 10^{-7} \dot{M}_{\rm Edd}$，其中$\dot{M}_{\rm Edd}$是爱丁顿吸积率）时，动力学演化的变化变得重要。在冷却模型中得到的光谱也不同于非冷却模型中的光谱：由于电子温度的降低，总通量（包括亚毫米和远紫外处的峰值）略低。我们的研究结果表明，辐射冷却应仔细考虑在建模Sgr A* 和其他低光度活动星系核，有一个质量吸积率$\dot{M} > 10^{-7}\,\dot{M}_{\rm Edd}$。
2020-09-29 astro-ph.HE
Formation of Magnetically Truncated Accretion Disks in 3D Radiation-Transport Two-Temperature GRMHD Simulations
多波长观测表明，在硬态和中间态的X射线双星（XRB）和活动星系核（AGN）的吸积盘从一个冷的，薄的磁盘在很大的距离转变成一个热的，厚的流接近黑洞。然而，这种截断盘的形成，结构和动力学约束不良，由于热力学，磁，辐射过程的复杂性。我们提出了第一个辐射输运双温广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟截断磁盘辐射在~35%的爱丁顿光度与大尺度极向磁通量。我们表明，当一个几何薄的吸积盘是由大规模的净极向磁通量线程，它自洽过渡到一个两相介质的冷气团漂浮通过一个热的，磁主导的日冕在小半径。这种转变发生在一个明确定义的截断半径，由磁盘饱和磁通量的距离决定。半透明日冕中离子和电子的平均温度分别达到T_i ~ 10^10K和T_e ~ 510^8K。该系统产生辐射，强大的准直射流和更广泛的风，总能量效率超过~ 90%，有史以来最高的能量提取效率从一个旋转的黑洞在GRMHD模拟的辐射有效的流动。这与XRB爆发期间观察到的喷射抛射相一致。两相介质可以自然地导致在硬态下观察到的铁线发射的加宽。
2022-08-09 astro-ph.GA astro-ph.HE
GRMHD Simulations of Magnetized Accretion Disk/Jet: Variabilities of Black Holes and Spectral Energy Distributions in Magnetic States
Indian Institute of Science（印度科学研究所）；University of Toronto（多伦多大学）
本文通过三维广义相对论磁流体动力学模拟，研究接近最大自转黑洞在不同初始磁场几何结构下的磁化冻结盘、中间态和标准正常演化的吸积态，探讨磁场通量对喷流效率、流体磁化和辐射输出的影响，并通过多波段能谱和时间分辨X射线光变曲线连接模拟动态与多波段观测结果。
2026-05-17 astro-ph.HE
How to Turn Jets into Cylinders near Supermassive Black Holes in 3D GRMHD Simulations
本文通过3D GRMHD模拟揭示超大质量黑洞喷流从抛物线到圆柱形的准直机制，发现辐射冷却抑制盘风可解释3C 84中喷流在约300倍引力半径处即呈圆柱形的观测现象。
2023-10-31 astro-ph.GA astro-ph.HE
On the jet-ejecta interaction in 3D GRMHD simulations of binary neutron star merger aftermath
短的$γ$射线暴（sGRB）喷流在中子星合并后形成，穿过盘风和动力喷出物，在喷出物爆发之前延伸超过四到五个数量级的距离。我们提出了第一个三维广义相对论磁流体动力学sGRB模拟跨越这个巨大的规模分离。它们有三种可能的结果：喷气+茧，茧，两者都没有。典型的sGRB喷流从动力学喷出物中爆发，如果（i）在BH形成时，沿着极点的束缚喷出物的各向同性等效质量是$ \lesssim10^{-4}~{\rm M_{\odot}} $，限制了合并和BH形成之间的延迟时间，否则，喷流在喷出物中消失，离开喷流膨胀的茧来为低光度的sGRB提供动力;（ii）合并后的残留磁盘包含强大的大规模垂直磁场，$\gtrsim10^{15}$ G;（iii）如果喷流是弱（$\lesssim10^{50}$ erg），喷出物的各向同性等效质量沿极必须是小的（$\lesssim10^{-2}~{\rm M_{\odot}}$）。一般来说，喷流结构的形成是由早期与盘风的相互作用，而不是动力喷出物。只要我们的喷流从喷出物中爆发出来，它们就保持着显著的磁化（$\lesssim1$），这表明磁重联是sGRB发射的基本性质。爆发后流出的各向同性等效能量的角结构始终具有平坦的核心，然后是陡峭的幂律分布（斜率$\gtrsim3$），类似于流体动力学射流。在只有茧的结果中，动力喷出物扩大了流出角分布并使其变窄（斜率$\sim1.5$）。
2022-06-23 astro-ph.HE
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
Black hole to photosphere: 3D GRMHD simulations of collapsars reveal wobbling and hybrid composition jets
长持续时间的$γ$射线暴（GRB）伴随着大质量恒星的坍缩，并携带着关于中央引擎的信息。然而，没有3D模型能够跟踪这些喷流从黑洞（BH）到光球的诞生。我们提出了第一个这样的3D广义相对论磁流体动力学模拟，跨越6个数量级的空间和时间。坍缩的恒星包层形成了一个吸积盘，吸积盘将黑洞周围积累的磁通量向内拖曳，在动力学上变得重要，并发射双极喷流。喷流以$\sim10^{12}$ cm到达光球层，具有一个张开角$θ_j\sim6^\circ$和一个洛伦兹因子$Γ_j\lesssim 30$，解除了恒星的$\gtrsim90\%$束缚。我们发现：（i）盘喷系统自发地发展相对于BH旋转轴的不对准。因此，喷流以一个角度$θ_t\sim12^\circ$摆动，这可以自然地解释伽玛暴光变曲线中的静止时间。探测$θ_j+θ_t$的有效张开角表明，固有伽玛射线暴率比标准估计低一个数量级。这表明，成功的伽玛暴可能比目前认为的要罕见，并且只出现在$\sim 0.1\%$的超新星Ib/c中，这意味着大多数超新星Ib/c的祖先中没有发射或阻塞喷流。(ii)喷流中的磁能由于与恒星的混合而减少，导致喷流在光球中具有磁和热成分的混合成分，其中气体的$\sim 10\%$保持磁化$σ\gtrsim 0.1$。这表明光球分量和重联都可能在瞬发中起作用。
2022-06-21 astro-ph.HE
VHE Emission from Magnetic Reconnection in the RIAF of SgrA*
银河系中心（GC）的宇宙射线（CR）加速器尚未通过当前的观测建立。在这里，我们调查的辐射低效吸积流（RIAF）的人马座A*（SgrA*）作为一个CR加速器假设加速湍流磁重联，并得出可能的发射通量的CRs内的RIAF（中央$\sim10^{13}$厘米）的相互作用。RIAF的目标环境模拟与数值，广义相对论磁流体力学（GRMHD）轻子辐射传输模拟。这里不计算CR的加速度。相反，我们注入受磁重联功率的吸积流和计算发射/吸收的$γ$ -射线由于这些CR与RIAF相互作用，通过蒙特卡罗模拟采用{ \tt CRPropa 3}代码。由此产生的甚高能量（VHE）通量预计不会再现点源HESS J1745-290，因为该源的排放最有可能在pc尺度下产生。这里得到的发射轮廓打算跟踪作为CR加速器的RIAF的VHE签名，并提供预测的GC的观测与改进的角分辨率和差分通量灵敏度的那些即将到来的切伦科夫望远镜阵列（CTA）。在这里提出的情况下，我们发现，质量吸积率$\gtrsim 10^{-7}$ M $_\odot$ yr $^{-1}$，SgrA* 的RIAF产生VHE通量是一致的H.E.S.S. GC的上限，未来CTA可能会观察到。与冰立方测量到的散射中微子相比，相关的中微子通量可以忽略不计。
2019-05-23 astro-ph.HE
Plasmoid identification and statistics in two-dimensional Harris sheet and GRMHD simulations
本研究开发了一种结合分水岭与闭合轮廓的等离子体团识别算法，应用于黑洞吸积盘和Harris片层模拟，发现等离子体团尺寸呈幂律分布，且电阻性模拟中发生率更高，形成率与磁通量减少正相关。
2023-11-14 astro-ph.HE gr-qc physics.plasm-ph
Impacts of nonthermal emission on the images of a black hole shadow and extended jets in two-temperature GRMHD simulations
本文通过双温GRMHD模拟和GRRT计算，研究不同电子加热预设与非热电子分布对黑洞阴影图像和宽频带能谱的影响，发现可变kappa eDF下R-beta模型与电子加热模型在高频相似，但在低频图像延展结构和SED行为上存在可区分的差异。
2024-04-25 astro-ph.HE
Bridging Scales in Black Hole Accretion and Feedback: Magnetized Bondi Accretion in 3D GRMHD
本文利用多区域GRMHD方法跨越7个空间数量级模拟磁化邦迪吸积，发现强磁场使密度分布变缓并将吸积率抑制两个数量级以上，同时通过磁场重联驱动的湍流对流实现约$10^{-2}\dot{M}c^2$的能量反馈。
2024-10-19 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
Accretion Flow Morphology in Numerical Simulations of Black Holes from the ngEHT Model Library: The Impact of Radiation Physics
在过去的几年里，事件视界望远镜（EHT）提供了有史以来第一个超大质量黑洞（BH）（M87*）和人马座A $^*$（Sgr A*）的事件视界尺度图像。下一代EHT项目是EHT阵列的扩展，它承诺更大的角分辨率和更高的灵敏度，对中心环状结构周围的暗淡，扩展的通量，可能连接吸积流和喷流。ngEHT分析挑战旨在了解从合成图像和电影中提取的科学可提取性，以告知ngEHT阵列设计和分析算法开发。在这项工作中，我们比较了吸积流结构和动力学的数值流体模拟，专门针对M87* 和Sgr A*，并被用来构建源模型的挑战集。我们考虑了（1）一个稳态轴对称的辐射无效吸积流模型，（2）两个含时单流体广义相对论磁流体动力学（GRMHD）的H-AMR程序模拟，（3）一个双温GRMHD的BHAC程序模拟，（4）一个双温辐射GRMHD的KORAL程序模拟。我们发现，不同的模型表现出显着相似的时间和空间特性，除了电子温度，因为辐射损失大幅冷却电子附近的BH和喷流鞘，信号的重要性，即使是缓慢吸积BH，如M87*。我们限制自己的标准环面吸积流，并留下更大的探索替代吸积模型，以未来的工作。
2023-03-07 astro-ph.HE
Dynamo and Jet interconnections in GRMHD simulations of black hole accretion disks
International Centre for Theoretical Sciences（国际理论科学中心）；Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University（汤涛大学，上海交通大学）
研究通过GRMHD模拟揭示黑洞吸积盘中发电机与喷流的关联，发现发电机驱动的磁场演化和视盘面磁相干性决定了喷流寿命。
2025-12-01 astro-ph.HE physics.plasm-ph
GRMHD and GRRT Simulations of Black Hole Accretion: Flares, Precession, and Complex Spacetimes
Tsung-Dao Lee Institute（李政道研究所）
利用广义相对论磁流体动力学和辐射传输模拟，研究黑洞吸积的电磁信号，涵盖耀发、进动及非克尔和双黑洞时空。
2026-06-18 astro-ph.HE gr-qc
Comparison of the ion-to-electron temperature ratio prescription: GRMHD simulations with electron thermodynamics
事件视界望远镜（EHT）合作，一个地球大小的亚毫米射电干涉仪，最近捕获了M87中心超大质量黑洞的第一张图像。这些图像被解释为引力透镜同步辐射从热等离子体轨道周围的黑洞。在低光度活动星系核（如M87）的吸积流中，电子和离子不处于热平衡状态。因此，电子温度，这是重要的热同步辐射在230 GHz的EHT频率，是不是独立确定。在这项工作中，我们调查了常用的参数化离子-电子温度比处方，所谓的R- $β$模型，考虑在230 GHz的图像通过比较与电子加热处方从广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟磁化吸积流在磁制动盘（MAD）制度与不同的食谱的电子热力学。当比较在230 GHz的图像，我们发现一个非常好的匹配与R- $β$处方和产生的湍流和磁重联加热处方之间的图像。实际上，这种匹配平均而言甚至比将用R- $β$处方构建的图像集与随机选择的图像或与时间平均的图像进行比较时获得的匹配更好。从不同的物理方面，其中包括图像，vibrium，宽带光谱和光变曲线的比较研究，我们得出结论，在230 GHz的图像相对于MAD吸积流周围的超大质量黑洞的背景下，常用的和简单的R- $β$模型是能够很好地再现各种更复杂的电子加热处方这里考虑。
2021-06-17 astro-ph.HE gr-qc
Scale-invariance of black hole accretion: modeling emission from a black hole X-ray binary with relativistic accretion flow simulations
我们模拟了极亚爱丁顿X射线双星A0620-00的非热发射光谱。据信，这种非热辐射是由辐射效率低的“静态”吸积到系统中存在的恒星质量的黑洞上产生的。我们后处理GRMHD模拟与多波长，全极化，相对论辐射转移计算预测宽带光谱和发射偏振水平的范围内的电子模型和吸积率。我们发现，一个模型与强耦合的电子和离子的吸积盘和吸积率只有$\dot{M}=3\times10^{-13} [M_\odot yr^{-1}]$是能够恢复所观察到的X射线光谱斜率，以及过量的线偏振在近红外/光学波段的源检测。我们的模型限制了一个假定的相对论性喷流在这个系统中产生的光谱特性。此外，我们表明，磁化风从我们的热吸积流带走一小部分的轨道角动量的二进制无法解释所观察到的快速轨道衰减的系统。类似于目前的GRMHD模拟经常被用来解释发射从亚爱丁顿supermassvie黑洞在Sgr A* 或M87，目前的模拟使我们能够测试是否某些方面的静态黑洞吸积尺度不变。
2019-11-25 astro-ph.HE
Electron and Proton Acceleration in Trans-Relativistic Magnetic Reconnection: Dependence on Plasma Beta and Magnetization
通过磁重联的非热电子加速被认为在为黑洞周围辐射效率低的吸积流的可变X射线发射提供动力方面起着重要作用。在这种流动中经常遇到磁重联的反相对论区域，其中磁化强度$σ$（定义为磁能密度与焓密度的比值）为$\sim 1$。通过一个大的二维粒子模拟套件，我们调查的电子和质子加速的trans-relativistic制度。我们专注于电子能谱对$σ$和质子$β$的依赖性（即，质子热压力与磁压力之比）。我们发现，在重联区的电子谱是非热的，一般可以模拟为幂律。在$β\lesssim 3 \times 10^{-3}$处，斜率$p$与$β$无关，并且随着$σ$的增加而变硬为$p\simeq 1.8 +0.7/\sqrtσ$。电子主要由X点处的非理想电场加速，所述非理想电场在初始电流层中或在合并磁岛之间产生的电流片中。在较高的$β$值，电子幂律陡峭的所有值的$σ$。当$β$的值接近$β_{\rm max}\approx1/4σ$时，当电子和质子在重联之前都是相对热的时，这两种物质的光谱在高能量下显示出额外的成分，包含百分之几的粒子。这些粒子通过在重联流出物和静止的磁岛之间弹跳而通过类似费米的过程被加速。我们提供了一个经验处方的幂律斜率和加速效率的依赖$β$和$σ$，可用于全球模拟的无碰撞吸积盘。
2018-03-15 astro-ph.HE
Effect of Magnetic Field on the Formation of Radiatively Inefficient Accretion Flow around Black Holes
本文通过轴对称MHD模拟研究磁场与轫致辐射冷却对黑洞RIAF及薄盘形成的影响，提出τ_cool/τ_eq<1判据，发现初始等离子体β超过600–800时薄盘存在。
2024-12-04 astro-ph.HE
Disc Tearing and Bardeen-Petterson Alignment in GRMHD Simulations of Highly Tilted Thin Accretion Discs
明亮的活动星系核（AGN）和X射线双星（XRB）通常包含几何上薄的、辐射冷却的吸积盘。根据理论，在许多情况下，这些黑洞最初与黑洞赤道高度错位。在这项工作中，我们提出了第一个广义相对论磁流体动力学模拟非常薄的（h/r~0.015-0.05）吸积盘周围的快速旋转（a~0.9）黑洞和倾斜45-65度。我们表明，内部区域的磁盘与h/r<0.03对齐的黑洞赤道，虽然比分析工作预测的半径小。内部对准和外部未对准的盘区域由倾斜角的急剧中断分离，伴随着密度的急剧下降。我们发现，由旋转的黑洞的帧拖动压倒了磁盘的粘度，这是自洽产生的磁化湍流，撕裂光盘，并形成一个快速旋进的内子盘周围的一个缓慢旋进的外子盘。我们发现，该系统产生一对相对论射流的所有初始倾斜值。在小距离处，黑洞发射的喷流与内子盘一起快速进动，而在大距离处，它们与外子盘部分对齐，进动较慢。如果撕裂半径能在未来的工作中精确建模，基于进动驱动的准周期振荡的黑洞自旋的发射模型无关的测量可能成为可能。
2022-08-10 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Revisiting flares in Sagittarius A* based on general relativistic magnetohydrodynamic numerical simulations of black hole accretion
本研究基于GRMHD模拟数据，发展磁重联磁通量绳模型，计算电子辐射以解释Sgr A*耀斑的观测特征，并与GRAVITY观测取得良好一致。
2024-05-27 astro-ph.HE
Magnetic Reconnection with Radiative Cooling. I. Optically-Thin Regime
磁重联是一种基本的等离子体过程，与磁能的快速耗散有关，被认为是实验室等离子体装置、地球磁层和日冕中许多破坏性现象的动力。传统的重联研究，针对这些相当脆弱的环境，有理由忽略了辐射的重联过程中的影响。然而，在高能天体物理学中的许多重连系统中（例如，吸积盘日冕、相对论性喷流、磁星耀斑），而且在强大的激光等离子体和z箍缩实验中，能量密度非常高，以至于辐射，特别是辐射冷却，可能开始发挥重要作用。这一观察激发了高能量密度辐射磁重联理论的发展。作为实现这一目标的第一步，我们在本文中提出了一个简单的Sweet-Parker非相对论连续MHD重联与强辐射冷却的理论。首先，我们展示了如何在没有引导磁场的情况下，强烈的冷却会导致重联层中等离子体的强烈压缩，从而导致更高的重联率。压缩比和层温度由欧姆加热和辐射冷却之间的平衡决定。辐射冷却层中的较低温度导致较高的斯皮策电阻率，因此导致重联率的额外增强。然后，我们将我们的一般理论应用到几个特定的天体物理学重要的辐射过程（韧致辐射，回旋加速器，逆康普顿）在光学薄制度，为零和强引导场的情况下。我们推导出的关键重连参数，包括重连率的具体表达式。我们还讨论了我们的理论的适用性的限制和条件。
2010-07-05 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Kinetic Beaming in Radiative Relativistic Magnetic Reconnection: A Mechanism for Rapid Gamma-Ray Flares in Jets
快速的伽玛射线闪焰造成了一个天体物理学难题，需要机制来加速高能粒子并产生快速观测到的变化。无碰撞相对论性磁重联可以满足这些双重要求。一方面，相对论重联可以激发伽马射线发射电子。另一方面，正如先前的动力学模拟所示，重连加速机制优先将高能粒子及其发射的光子聚焦成光束，当它们穿过望远镜的视线时，可能会产生快速的光点。使用一系列的二维对等离子体粒子在细胞模拟，我们明确地证明了辐射冷却介导的可观察到的签名，这种“动力学光束”的效果所发挥的关键作用。只有在我们有效冷却的模拟中，我们才能测量重联层超过一个光交叉时间的动力学光束。我们发现之间的相关性的冷却强度和光子能量范围内发生持续的动力学光束：更强的冷却与更广泛的光束光子能量。我们还将我们的研究结果应用于快速伽马射线耀斑的平谱射电类星体，这表明一个范例的辐射有效的动力学光束约束相关的排放模型。特别地，波束形成产生的可变性可以更容易地在两区（例如脊鞘）设置中实现，其中康普顿种子光子起源于射流本身，而不是在一区外部康普顿场景中。
2020-08-25 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Millimeter Observational Signatures of Flares in Magnetically Arrested Black Hole Accretion Models
本文研究磁阻停黑洞吸积模型中耀发的毫米波观测特征，发现230 GHz流量变化取决于电子加热效率：电子被加热到约10^{11} K时发射增强，温度更高时流量下降，并给出EHT图像与多波长谱预期。
2023-09-23 astro-ph.HE gr-qc
General Relativistic Radiation Magnetohydrodynamic Simulations of Thin Magnetically Arrested Disks
Novikov和Thorne（NT）的经典的相对论薄盘理论预测，对于围绕最大自旋黑洞（BH）的光学厚的、辐射有效的吸积盘，最大吸积效率为40%。然而，当一个强磁场被引入薄磁盘的数值模拟，观察到的效率大的偏差，部分原因是由于质量和能量所携带的喷气机和风发射的磁盘或BH自旋。吸积的总效率可以显着提高超过NT的预测，但它仍然不清楚如何影响辐射分量。为了研究动力学相关的大尺度磁场对辐射有效吸积的影响，我们利用HARMRAD程序对高径比为$H/R~0.1$的圆盘围绕中等自旋BH（a=0.5）进行了三维广义相对论辐射磁流体动力学（GRRMHD）模拟.我们的模拟是完全全球性的，使我们能够测量喷气，风和磁制动盘（MAD）的辐射特性，该磁制动盘通过使用M1闭合方案的辐射自洽能量传输保持薄。我们的基准盘是MAD的半径为~16R_g，吸积流的总效率为~ 13%，其中大部分是由磁驱动风携带的。我们发现，辐射效率略有抑制NT相比，相反，先前的MAD GRMHD模拟与特设冷却功能，但目前还不清楚有多少的辐射和热能被困在外流最终可以逃脱。
2018-07-31 astro-ph.HE
Extending the infrastructure of the BAM code towards resistive general-relativistic magnetohydrodynamics: tests and first applications
Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)（马克斯·普朗克引力物理研究所（爱因斯坦研究所））；Institut für Physik und Astronomie, Universität Potsdam（波茨坦大学物理与天文学研究所）；Centro de Ciências Naturais e Humanas, Universidade Federal do ABC（ABC联邦大学自然与人文科学中心）
研究针对中子星相关天体物理现象中理想磁流体动力学近似的局限，扩展BAM代码纳入电阻性广义相对论磁流体动力学描述，经多种测试验证，发现非理想效应影响，凸显其对模拟合并后残余物演化的重要性，为后续研究奠基。
2026-07-14 astro-ph.HE gr-qc
Reconnection-driven Flares in M87*: Proton-Synchrotron-powered GeV Emission
Columbia University（哥伦比亚大学）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；Flatiron Institute（平顿研究所）；Tel Aviv University（特拉维夫大学）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；University of Toronto（多伦多大学）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理珀塞尔研究所）
本研究通过模拟显示，M87*核心的GeV辐射由重联层中加速的质子同步辐射主导，质子虽数量少于电子-正子对，但能更高效加速，形成稳定的能量预算。
2025-12-21 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Current sheet formation under radiative cooling
Plasma Science and Fusion Center, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院等离子体科学与聚变中心）
本文提出了一种考虑辐射冷却的磁流体动力学模型，研究了X点塌缩过程中电流片的形成，并展示了辐射冷却对电流片长度和再连接率的影响。
2025-08-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Dual Jet Interaction, Magnetically Arrested Flows, and Flares in Accreting Binary Black Holes
本文通过三维广义相对论磁流体动力学模拟，识别出并合双黑洞吸积流中两类涉及磁重联的电磁特征，即碰撞喷流合并和磁场吸积驱动热外流，并分析了磁阻停状态及喷流间歇性。
2025-09-21 astro-ph.HE
Flares in the Galactic center I: orbiting flux tubes in Magnetically Arrested Black Hole Accretion Disks
最近通过重力仪器对SgrA* 进行的观测，在距离$\sim 10$引力半径（$r_g$）处对红外耀斑（IR）进行了天体测量跟踪。在本文中，我们研究了一个模型的耀斑的基础上的3D广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟的磁逮捕吸积盘（MAD）表现出激烈的情节通量逃逸的黑洞磁层。这些事件对于耀斑建模是有吸引力的，原因有几个：i）磁主导区域可以抵抗通过磁旋转湍流和剪切而被破坏，ii）磁场的方向主要是垂直的，如重力数据所示，iii）与通量爆发相关的磁重联可以在耀斑事件期间产生粒子加热/加速的自洽手段。在这个分析中，我们追踪爆发的磁通束，并提供大小，能量和等离子体参数的分布。在我们的模拟中，轨道倾向于在$\sim 5-40 r_g$的半径范围内圆化。磁通束中包含的磁能高达$\sim10^{40}$ erg，足以为红外和X射线耀斑提供能量。我们发现，磁支持流内的运动基本上是次开普勒，在张力与推断的周期半径关系的三个重力耀斑。
2021-02-02 astro-ph.HE
Chaotic magnetic disconnections trigger flux eruptions in accretion flows channeled onto magnetically saturated Kerr black holes
本研究通过三维理想GRMHD数值模拟，揭示磁化饱和黑洞吸积流中相对论磁重联的起始与磁通量爆发的初始发展机制，发现其由断开域微小密度间隙触发，足点旋转或致黑洞新月图像变异性。
2024-10-10 astro-ph.HE
Evolving Nonthermal Electrons in Simulations of Black Hole Accretion
目前对黑洞周围热吸积流的模拟假设要么是单温气体，要么最多是含有热离子和电子的双温气体。然而，像磁重联和冲击这样的过程可以将电子加速到非热分布，这在许多系统中发现的非常低的密度下不会迅速热化。这种非热电子被用来解释银河系中心的黑洞人马座A*（Sgr A*）的红外和X射线光谱以及强烈的可变性。本文提出了一种在GRMHD程序KORAL中计算非热电子布居自洽演化的方法。电子分布在洛伦兹因子空间中被跟踪，并在空间和时间中与热电子、热离子和辐射平行地演化。在本研究中，为了简单起见，能量注入到非热分布被视为一个固定的分数的本地电子粘性加热速率。数值计算结果与低质量吸积率类似的Sgr A* 的模型。我们发现非热电子群的存在对系统的整体动力学特性的影响可以忽略不计。由于我们简单的均匀粒子注入处方，在非热模拟的辐射功率增强在大半径。的非热电子的能量分布示出同步加速器冷却中断，与中断洛伦兹因子随位置和时间而变化，反映了复杂的相互作用之间的局部粘性加热速率，磁场强度，和流体速度。
2017-06-12 astro-ph.HE
Magnetically Arrested Disks in Quiescent Black-Hole Binaries: Formation Scenario, Observable Signatures, and Potential PeVatrons
我们建议磁制动盘（MAD）在静止的黑洞（BH）作为起源的多波长发射的双星，并认为这类源可以支配周围的膝盖宇宙射线谱。银河系BH双星在静止状态下的X射线光度远低于爱丁顿光度，因此，在内部区域形成了辐射效率低下的吸积流（RIAF）。RIAF中的强热压力和湍流压力产生外流，这可以产生大规模的极向磁场。这些场被快速入流运动带到BH附近，形成MAD。在MAD内部，非热质子和电子被磁重联自然加速，或者被湍流随机加速。热电子和非热电子通过同步辐射发射宽带光子，这与静态BH X射线双星的光学和X射线数据基本一致。此外，质子被加速到PeV能量，并从这些MAD中扩散逃逸，这可以解释膝盖能量附近的宇宙射线强度。
2021-05-10 astro-ph.HE
Jets, disc-winds and oscillations in general relativistic, magnetically driven flows around black hole
相对论喷流和盘风是BH-XRB和活动星系核中的典型特征。然而，许多物理细节的喷射发射和驱动盘风从底层吸积盘仍然没有完全理解。在这项研究中，我们进一步调查的磁场强度和结构在发射喷流和盘风的作用。特别是，我们探讨喷流，风和吸积盘周围的中央黑洞之间的联系。我们使用自适应网格加密进行吸积-喷射系统的轴对称GRMHD模拟。从本质上讲，我们的模拟开始与薄吸积盘平衡。通过选择不同的磁场强度和初始磁场倾角的组合进行了广泛的参数研究。我们的研究发现了由Blandford \& Znajek（BZ）机制驱动的相对论喷流和由Blandford \& Payne（BP）机制驱动的盘风。我们还发现，等离子体团的形成是由于重联事件，这些等离子体团平流与盘风。结果，由于极向磁场的张力在吸积盘的内部增强，导致盘截断和振荡。这些振荡导致射流质量流率中的燃烧活动。我们发现模拟运行与较低的等离子体- $β$的值，和较低的倾角参数更容易形成等离子体团和随后的内盘振荡。我们的模型提供了一个可能的模板，以了解BH-XRB的光谱状态转换现象。
2021-05-24 astro-ph.HE
Photon Orbit Signatures in Spectra of Black Hole Accretion Disks
本文通过单区模型、RIAF模型和GRMHD模拟，刻画黑洞吸积盘同步辐射光谱中光子环导致的独特光谱特征，并预测在超过300 GHz频率下对M87*和Sgr A*的光谱研究可约束光子环存在。
2025-11-05 astro-ph.HE
Particle Acceleration via Transient Stagnation Surfaces in MADs During Flux Eruptions
本研究通过GRMHD模拟发现磁囚禁吸积盘通量爆发期间黑洞2-3引力半径处存在瞬态停滞面，首次报道该特征并证明其或为带电粒子加速器，提出粒子加速的补充或替代机制。
2024-11-27 astro-ph.HE
General relativistic magnetohydrodynamical simulations of the jet in M87
黑洞、吸积盘和射电喷流之间的联系可以通过拟合模型来最好地约束，以观测附近的低光度星系核，特别是研究得很好的源Sgr~A* 和M87。利用吸积的超大质量黑洞耦合相对论等离子体喷流模拟活动星系核的中心引擎已经取得了相当大的进展。然而，一个单一的模型能适用于一系列的黑洞质量和吸积率吗？在这里，我们想比较最新的三维数值模型，最初是为银河系中心的Sgr A* 开发的，与M87中更强大、更大质量的黑洞的射电观测结果。我们使用相对论辐射转移和射线追踪来产生模型光谱和图像，对旋转黑洞周围的射流产生辐射低效吸积流的三维GRMHD模型进行后处理。作为这些模型的一个关键的新成分，我们允许在这些模拟中的质子-电子耦合取决于等离子体的磁性。我们发现M87的射电辐射可以用双温吸积流和热单温喷流的组合来描述。该模型符合M87射电核心的基本观测特征。最佳拟合模型的质量吸积速率Mdot约为9 × 10 ^{-3} MSUN/YR，总喷流功率P_j为\sim 10^{43} erg/s。1.3mm的发射是由靠近事件视界的反喷流产生的。它围绕着黑洞阴影的特征性新月形状可以通过未来的毫米波VLBI实验来解决。通过对质量和吸积率进行适当的标度，成功地导出了银河系中心超大质量黑洞的模型。这表明，该模型也可能适用于更大范围的低光度黑洞。
2016-04-29 astro-ph.HE
Efficiency of Thin Magnetically-Arrested Disks Around Black Holes
黑洞（BH）周围磁化吸积盘的辐射和喷流效率受到BH自旋和磁场的影响，当磁场较强时，可能导致与Novikov-Thorne（NT）薄盘理论的较大偏差。为了寻求最大偏差，我们进行广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟辐射有效薄（半高$H$半径$R$的$H/R\approx 0.10$）磁盘周围的适度旋转BH与$a/M=0.5$。首先，我们的模拟，每一个演变超过$70,000r_g/c$（引力半径$r_g$和光速$c$），表明大规模的磁场很容易向内吸积，甚至通过我们的薄盘和积累的磁制动盘（MAD）状态。其次，我们对薄MAD的模拟表明，该盘实现了$η_{\rm r}\approx 15\%$的辐射效率（在估计光子捕获之后），这大约是$a/M=0.5$的$η_{\rm r}\sim 8\%$的NT值的两倍，并且给出了与具有$a/M\approx 0.9$的NT盘相同的光度。与先前的模拟与$\lesssim 10\%$偏差相比，我们的结果的$\approx 80\%$偏差设置了一个新的基准。在先前工作的基础上，我们现在能够完成一个重要的标度律，这表明在BH X射线双星中观察到的高软状态下的射流淬灭与始终存在的MAD状态相一致，该状态具有弱而持续的射流。
2016-02-12 astro-ph.HE gr-qc
