Rapid Chemical Enrichment by Intermittent Star Formation in GN-z11
本研究用化学演化模型解释GN-z11的超太阳氮丰度，发现含约100 Myr宁静期的两次星暴历史可匹配CNO比值，而单星暴和预增丰模型失败。
2024-01-22 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Mixing in Magnetized Turbulent Media
湍流运动对于夹带流体的混合是必不可少的，并且还能够通过小尺度发电机作用来放大弱的初始磁场。在这里，我们进行了系统的研究湍流混合在磁化介质中，使用三维磁流体动力学模拟，包括标量浓度场。我们重点讨论了混合如何依赖于磁普朗特数，Pm，从1到4和马赫数，M}，从0.3到2.4。对于所有亚音速流，我们发现在运动学早期阶段速度功率谱的斜率为k^-5/3，但随着磁场饱和，由于磁反作用，速度功率谱变陡。另一方面，标量功率谱在后期与k^-5/3相比，则更小，这与奥布科霍夫-科尔森关于混合为级联过程的描述一致。在较高的马赫数下，由于激波的存在，速度功率谱也变陡，标量功率谱也相应地变陡。在亚音速湍流中，标量结构比速度结构更具有间歇性，而在超音速湍流中，速度结构仅在运动学阶段比标量结构更具有间歇性。独立的马赫数的流动，标量结构被安排在片中的运动和饱和阶段的磁场演变。对于亚音速湍流，标量耗散在强磁场区域受阻，可能是由于洛伦兹力抑制标量梯度的建立，而对于超音速湍流，标量耗散随着磁场强度的增加而单调增加。在所有的马赫数，混合显着减慢的存在下，动力学上重要的小尺度磁场，这意味着在星际介质和星系团的混合是不太有效的流体动力学模拟模型。
2014-02-03 astro-ph.GA physics.flu-dyn
Spontaneous Formation of Outflows Powered by Rotating Magnetized Accretion Flows in a Galactic Center
我们使用轴对称磁流体动力学模拟研究了如何通过旋转的弱磁化吸积流驱动外流到一个超大质量黑洞上。我们提出的模型侧重于在史瓦西半径和银河系尺度之间的中间尺度上的吸积动力学，这是$\sim$ 1-100 pc。我们证明了在秒差距尺度上形成的旋转盘通过吸积获得极向磁场，这在某个点产生不对称的双极流出。外流的形成被发现遵循磁盘表面（磁泡）周围的强磁化区域的增长。双极流出在膨胀的气泡内持续增长。我们从理论上推导了磁泡的生长条件，对应于流出增长的必要条件。我们发现双极外流的南北不对称结构起源于吸积流在盘外缘激发的复杂运动。双极流出包括多个微型流出和下行（失败流出）。微型外流来自磁集中（磁补丁）。磁块表现出向内漂移的运动，从而使流出不稳定。我们证明，向内漂移可以使用一个简单的磁补丁模型，考虑磁角动量提取建模。这项研究可能有助于了解如何不借助吸积盘的强辐射或射电喷流（如射电宁静活动星系核NGC 1377中的分子外流）的夹带，在超大质量黑洞周围产生具有复杂子结构的非对称和非稳态外流。
2021-11-14 astro-ph.GA astro-ph.HE
Magnetically-levitating disks around supermassive black holes
本文报道了在超大质量黑洞周围磁悬浮吸积盘的形成。这些磁盘的结构计算的磁化星际气体云的潮汐破裂的数值模拟。我们发现，所产生的磁盘是完全支持的压力的磁场对分力的引力指向垂直的磁盘。磁场显示出有序的大尺度几何形状，在我们的数值实验中保持稳定，延长了磁盘寿命的10%。强磁压允许高吸积率和抑制磁盘碎片。这与manetized分子云的反复喂养到一个超大质量黑洞相结合，产生了一个可能的解决方案，长期困扰着星系中心的黑洞增长。
2012-08-16 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Magneto Rotational Instability in Magnetized AGN Tori
人们普遍认为，在活动星系核（AGN）中，一个具有吸积盘的超大质量黑洞被一个光学上和几何上都很厚的亚秒差距圆环所包围。然而，目前尚不清楚如何向中央发动机的质量供应，以及它是如何与环的内部结构。环面中的磁场可能通过磁旋转不稳定性（MRI）对吸积过程起作用。采用三维磁流体动力学（MHD）模拟方法，考虑了X射线加热和辐射冷却的影响，研究了磁共振成像（MRI）驱动方位角方向的数值分辨率。我们发现，在大约30个旋转周期内，形成了一个由冷（$< 10^3$ K）和暖（$10^4$ K）气体组成的强磁化盘。在高分辨率模型中，我们还发现平均方位磁场准周期性地反转方向。我们证实，MRI的典型波长应该用至少20个方位角网格单元来解决。
2018-12-21 astro-ph.GA
Magnetized Kelvin-Helmholtz instability in the presence of a radiation field
本文研究了辐射场对不稳定Kelvin-Helmholtz（KH）微扰增长率的动力学作用。作为实现这一目的的第一步，分析是在一个一般的方式，无论应用模型到一个特定的天文系统。流体的两个层之间的过渡区被忽略。然后，我们进行线性分析，并通过施加适当的边界条件，并考虑辐射场，我们得到适当的色散关系。通过数值求解色散方程，研究了非稳定模，得到了非稳定模的增长率。通过对色散关系的分析，我们发现在很宽的输入参数范围内，辐射场对KH不稳定性有不稳定性的影响。在星系或超大质量恒星的爆发中，辐射场在动力学上是重要的，因为辐射存在时KH增长率增加;这些爆发可以向其环境注入更多的动量和能量，并激发更多的湍流运动。
2012-04-24 astro-ph.GA
Radio activity of supermassive black holes with extremely high accretion rates
来自高爱丁顿和超爱丁顿吸积活动星系核的射电辐射有多种来源：持续喷流、磁化日冕和类风外流。现在还不清楚哪种机制是导致观测到的射电辐射的主要机制，以及射电辐射与其他特征参数（如爱丁顿比和黑洞质量）的关系。本文介绍了5 GHz甚大阵对窄线Seyfert 1星系中25个极高爱丁顿吸积超大质量黑洞（EESBH，爱丁顿比接近或大于1）的样品的观测结果，其中探测到22个源。大多数EESBH表现出从几百秒差距到一千秒差距尺度的紧凑射电结构。我们估算了产生射电辐射所需的最低恒星形成率面密度，发现它高于以往在环核星暴星系中探测到的最大值，这意味着射电辐射来自活动星系核活动。随着比较样本，我们发现一个整体的逆无线电响度和爱丁顿比的相关性范围从子到超级爱丁顿比。高Eddington和轻度超Eddington活动星系核（-0.5<log lambda_Edd<0.6）的射电与X射线亮度比L_R/L_X~10^-5至10^-4，射电频谱陡峭，支持射电发射来自日冕的瞬时喷出物（流出物），但是，喷流的贡献不能完全排除。我们的高度超爱丁顿源（log lambda_Edd>~0.6）具有较平坦的射电频谱，同时其射电光度较低：L_R/L_X~10^-5，其射电发射可能由磁化日冕主导，本文还提出了一种辐射压引起的喷流。
2020-07-22 astro-ph.GA astro-ph.HE
Magnetic Effects Promote Supermassive Star Formation in Metal-enriched Atomic-cooling Halos
该研究通过磁流体动力学模拟发现，富金属原子冷却晕中磁场会因原恒星作用放大，促进低质量原恒星并合与主原恒星质量增长，且极贫金属环境下增长速率最高，影响直接坍缩黑洞形成判据。
2023-06-13 astro-ph.GA astro-ph.SR
Intermittent fragmentation and statistical variations during gas collapse in magnetised atomic cooling haloes
观测结果显示，早在大爆炸后的7亿年左右就存在超大质量黑洞（SMBH）。他们的形成路径仍然受到目前的辩论。我们探讨了磁场的影响，这是强烈放大通过湍流小尺度发电机，形成SMBH种子内的直接崩溃的情况。在这项研究中，我们第一次进行宇宙学磁流体大涡模拟，采用未解决的，可压缩的MHD湍流模型。在总共我们进行了36个模拟9晕，每个有两个不同的初始磁场强度，并采用和不采用未解决的湍流模型。我们利用自适应网格细化的方法，以实现一个有效的空间分辨率小于一个适当的天文单位。我们考虑一个制度，其中冷却是由原子氢和分子氢得到离解的强辐射场。我们的主要发现是，在最终输出的晕中的气体性质的大部分主要是由失控的引力坍缩。在所有情况下，湍流都是超音速的和超阿尔夫维尼克的，磁场被放大到近似动态相关的状态。最后，碎裂过程中崩溃是间歇性的，质量吸积率范围从0.2-3 Msun/年。这表明，强烈放大的磁场和湍流的存在在小尺度上提供了额外的压力支持，并使直接坍缩成为在所需环境条件下形成大质量物体的可行方案。
2019-06-04 astro-ph.CO astro-ph.GA
Connecting Star Formation Quenching with Galaxy Structure and Supermassive Black Holes through Gravitational Heating of Cooling Flows
最近的观测表明，星系中恒星形成猝灭与星系结构有关。在这里，我们提出了一个新的机制来解释这种相关性的物理起源。我们假设，虽然静止的星系保持淬火的反馈机制，冷却流的热晕气体仍然可以间歇性地发展。我们研究冷却流在一个大的套件约90流体动力学模拟的一个孤立的星系群，并发现流的发展显着依赖于在中央星系的引力势阱。如果星系的引力不够强，冷却流会导致中心冷却灾难，为星系凸起提供冷气体和恒星形成。当膨胀变得足够突出时，压缩加热开始抵消辐射冷却，并在不产生冷却灾难的情况下维持长期热模式的冷却流。因此，我们的模型描述了一个自我限制的增长通道的星系凸起，并自然地解释了淬火和凸起突出之间的联系。特别是，我们明确表明，$M_{*}/R_{\rm eff}^{1.5}$是一个很好的结构预测淬火。我们进一步发现，从中央超大质量黑洞的重力也影响冷却流的双峰命运，并预测一个更一般的淬火预测是$M_{\rm bh}^{1.6}M_{*}/R_{\rm eff}^{1.5}$，这可能会在未来的观测研究进行测试。
2014-11-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Accretion, Jets, and Recoil in a Merging Supermassive Black Hole Binary: A Prompt Electromagnetic Postmerger Counterpart for LISA
Rochester Institute of Technology（罗切斯特理工学院）
该研究通过三维广义相对论磁流体模拟，发现并合超大质量双黑洞的反冲遗骸能产生持续数小时的瞬态电磁辐射，为LISA探测提供并合后对应体。
2026-09-10 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Tidal disruption of a magnetized star
本文利用Athena++开展三维自适应网格MHD模拟，追踪磁化恒星潮汐瓦解后磁场在回落流与近心点喷管激波中的放大和纠缠，揭示其达到近均分并符合湍流发电机早期特征。
2025-09-28 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Viscous torque in turbulent magnetized AGN accretion disks and its effects on EMRI's gravitational waves
本研究通过GRMHD模拟磁化吸积盘，量化黏滞力矩，并评估其对极端质量比旋进引力波相位的影响，为未来LISA探测提供理论依据。
2024-03-03 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Recipes for Jet Feedback and Spin Evolution of Black Holes with Strongly-Magnetized Super-Eddington Accretion Disks
本文通过广义相对论辐射磁流体动力学模拟，建立了磁化停滞盘吸积黑洞的磁化强度、喷流效率和自旋演化公式，揭示超爱丁顿吸积会驱使黑洞自旋趋向于零，对活动星系核反馈和宇宙学自旋演化具有重要应用价值。
2023-08-09 astro-ph.GA astro-ph.HE
From Seeds to Supermassive Black Holes: Capture, Growth, Migration, and Pairing in Dense Proto-Bulge Environments
本文提出一种新情景：致密原核球环境中种子黑洞通过超爱丁顿气体捕获、星团并合驱动的快速迁移和双星配对，在百万年内增长为超大质量黑洞，解释了高红移星系中快速形成与并合之谜。
2024-07-08 astro-ph.GA astro-ph.HE
Quasi-Periodicity of Supermassive Binary Black Hole Accretion Approaching Merger
在本文中，我们继续Bowen等人2018年报道的在超大质量二元黑洞（SMBBH）中耦合到环绕二元吸积的磁化迷你盘的首次研究。我们将这种模拟从3到12个双轨道周期。我们发现，相对论性SMBBH吸积作为一个谐振腔，准周期振荡绑定到频率的黑洞的轨道相位匹配的非线性$m=1$密度功能，或"块"，在circumbinary吸积盘渗透系统。黑洞周围每个迷你盘上的质量吸积速率以二进制频率和块的平均轨道频率之间的拍频调制，即，$Ω_{\rm beat} = Ω_{\rm bin} - \barΩ_{\rm lump}$，而这个等质量双星的总质量吸积率在两个不同的频率，$\gtrsim \barΩ_{\rm lump}$和$\approx 2 Ω_{\rm beat}$调制。团块本身的瞬时旋转速率也在接近总吸积速率的调制频率的两个频率$\barΩ_{\rm lump}$和$2 Ω_{\rm beat}$下调制。由于接近合并的SMBBH中的迷你盘的紧凑性质，迷你盘中的流入时间与其质量供应变化的周期相当，因此它们的质量--以及它们供应给黑洞的吸积率--以相同的频率强烈调制。从本质上讲，环双星盘的方位对称性被双星附近轨道的动力学破坏，这种$m=1$不对称性驱动整个系统的准周期变化，包括吸积和盘馈送。在接近合并的SMBBH中，这种时间可变性可能会在其电磁辐射中引入独特的，越来越快的波动。
2019-04-26 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Binary black holes in magnetized AGN disks
Nicolaus Copernicus Astronomical Center of the Polish Academy of Sciences（波兰科学院尼古拉·哥白尼天文中心）；Indian Institute of Technology Indore（印度理工学院印多尔分校）；Gran Sasso Science Institute (GSSI)（格兰萨索科学研究所）；University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；National Center for Supercomputing Applications, University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校国家超级计算应用中心）；Academy of Athens（雅典科学院）；Nicolaus Copernicus Superior School, College of Astronomy and Natural Sciences（尼古拉·哥白尼高等学院天文学与自然科学学院）；Silesian University in Opava（奥帕瓦西里西亚大学）
研究磁化AGN盘中双黑洞合并的电磁辐射前景，发现强磁场驱动喷流形成并影响吸积行为。
2025-09-20 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Measurements of magnetic fields in circumnuclear matter with the SKA telescopes
Fukui University of Technology（福井工业大学）；Osaka Metropolitan University（大阪公立大学）；Tohoku University（东北大学）；The University of Tokyo（东京大学）
研究利用SKA望远镜，通过直接测量塞曼效应及间接法拉第旋转约束来探测核周磁场，提供跨越不同空间尺度的磁化气体探测方法，有望革新磁场研究。
2026-07-07 astro-ph.GA
Jet Formation in 3D GRMHD Simulations of Bondi-Hoyle-Lyttleton Accretion
本研究开展首个快速旋转黑洞BHL吸积的3D GRMHD模拟，发现磁通量累积可催生相对论喷流，磁场强度影响喷流持续性，喷流效率极高且磁场会改变黑洞所受阻力。
2023-05-10 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
AGN feedback and star formation in ETGs: negative and positive feedback
早期型星系中心的超大质量黑洞（SMBH）的活动星系核反馈通常被用来解释这些系统中恒星形成的淬灭。由于在宇宙学时期不断演化的恒星星族向星系中注入了大量的质量，情况变得更加复杂。在没有反馈的情况下，这个质量将导致未观测到的星系冷却流，并导致比观测到的质量大两个数量级的SMBH。通过使用高分辨率的二维流体动力学模拟与辐射传输和恒星形成的国家的最先进的星系模型，我们展示了间歇性AGN反馈是如何高度结构化的空间和时间尺度上，以及它的影响不仅是负面的（关闭经常性的冷却事件的ISM），但也是积极的，诱导恒星形成的内部区域的宿主星系。
2015-11-03 astro-ph.GA
Radiation Magneto-hydrodynamic Simulations of MRI with Zero-Net-Vertical-Flux: Necessity of Resolving the Thermal Scale For Strongly Magnetized Initial Conditions
Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute（计算天体物理中心，平顿研究所）；Department of Astrophysical Sciences, Princeton University（普林斯顿大学天体物理科学系）
本研究通过三维辐射磁流体动力学模拟，发现强磁化初始条件下，解析热尺度高度对获得收敛的MRI模拟结果至关重要，否则会导致非物理的失控冷却状态。
2026-09-17 astro-ph.GA astro-ph.HE
Multi-Phase Thermal Structure & The Origin of the Broad-Line Region, Torus, and Corona in Magnetically-Dominated Accretion Disks
California Institute of Technology（加州理工学院）
本研究通过磁主导吸积盘模型揭示了尘埃环、宽线区及日冕等天体物理现象的热结构起源。
2025-05-08 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Multiphase Circumnuclear Gas in a Low-$β$ Disk: Turbulence and Magnetic Field Reversals
利用全球三维磁流体动力学（MHD）模拟方法研究了超大质量黑洞周围秒差距尺度上磁化多相气体的磁场结构和动力学行为。我们考虑了活动星系核（AGN）的辐射冷却和X射线加热效应。气盘由多相气体组成，该多相气体具有（1）冷（$\leq 10^3$ K）和薄组分，以及（2）温（$\sim 10^4$ K）和具有宽范围数密度的厚组分。最大湍流磁能与湍流运动中的热能和湍流动能相当。我们证实了暖气体在周围冷气体中的湍流速度是由磁对流不稳定性引起的。湍流磁场由于磁旋转不稳定性（MRI）的发展，但平均环形磁场占主导地位，并支持在准稳态，其中等离子体- $β$，气体压力和磁压力之间的比率，是低的（$β< 1$）。正如在绝热MHD模拟旋转圆盘中经常看到的那样，即使在多相气体结构中，平均环向场的方向也会随时间周期性地反转。方向反转是由磁通量垂直逃离磁盘和MRI和帕克不稳定性的组合。
2020-11-08 astro-ph.GA astro-ph.HE
Flux eruption events drive angular momentum transport in magnetically arrested accretion flows
我们发展了两个高分辨率的广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟对流为主的吸积流周围的非旋转黑洞（BH），每个持续时间$\sim 3\times 10^5\,GM_{\rm BH}/c^3$。一个模型捕获的演化弱磁化（SANE）磁盘和其他磁制动磁盘（MAD）。MAD模型中的磁通量爆发将气体从盘中推出，并发射出强风，其外流效率有时达到传入吸积功率的$10\%$。尽管这些风的能量很大，但平均质量流出率在半径为$\sim100\,GM_{\rm BH}/c^2$的范围内仍然很小，只达到视界吸积率的$\sim 60-80\%$。平均向外的角动量传输主要是径向的吸积模式，但有一个明显的区别：磁通量喷发驱动的磁盘风造成了强烈的垂直流动的角动量在MAD模型，而SANE模型，磁旋转不稳定性（MRI）移动角动量主要是赤道通过磁盘。此外，我们发现，MAD状态是高度瞬态和非轴对称的，吸积模式经常改变到SANE样状态后，喷发重新达到磁通量饱和与时间。雷诺应力改变方向，在这样的过渡，与MAD（SANE）状态显示向内（向外）的应力，可能指向间歇性MRI驱动的吸积在MAD。使用下一代望远镜确定通量爆发的性质对于理解像M87 $^*$和人马座A $^*$这样的次爱丁顿吸积黑洞中的质量流、磁通量和角动量至关重要。
2022-10-14 astro-ph.GA astro-ph.HE
