General Relativistic Magnetohydrodynamic Bondi--Hoyle Accretion
本文用相对论方法研究了运动Kerr黑洞轴对称磁流体力学Bondi-Hoyle吸积。采用高分辨率激波捕捉方法求解广义相对论磁流体力学方程组。在这种处理中，我们考虑理想的MHD极限。在这项研究中感兴趣的参数是绝热常数$Γ$，渐近声速$c_{s}^{\infty}$和等离子体β参数$β_{P}$。我们集中调查的参数制度，其中流动是超音速，或当$v_\infty \ge c_{s}^{\infty}$。在某些情况下，亚音速渐近流被认为是比较的目的。我们研究了总能量和动量的吸积率，以及流体动力学能量和动量的吸积率。在这项研究中提出的模型表现出的物质密度耗尽的黑洞，往往真空$(ρ_0=0)$在收敛测试的下游区域。这一特征是由于磁场的存在，更具体地说，磁压力，并没有看到在以前的纯流体动力学研究。
2010-11-15 astro-ph.HE
Recovery schemes for primitive variables in general-relativistic magnetohydrodynamics
广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟是研究各种天体物理系统如中子星合并、核心坍缩超新星和致密天体吸积等的重要工具。一个保守的GRMHD计划数值演变的一组守恒方程的“保守”量，并要求在每个时间步长的某些原始变量的计算。这种恢复过程构成了任何保守GRMHD方案的核心部分，它与流体的状态方程（EOS）密切相关。为了包括核物理、弱相互作用和中微子物理，最先进的GRMHD模拟采用了有限温度、成分依赖的EOS。虽然不同的计划已分别提出，恢复问题仍然是一个主要的错误，失败和效率低下的GRMHD模拟与先进的微观物理的来源。不同计划相互比较的优缺点仍不清楚。在这里，我们提出了第一个系统的比较不同的动力学时空GRMHD代码的分析和列表微物理地球观测系统中使用的各种恢复计划。我们评估的计划（i）速度，（ii）准确性，（iii）鲁棒性。我们发现不同的方案之间存在很大的差异，并且没有一个理想的方案。虽然计算上最有效的方案不太鲁棒，但最鲁棒的方案在计算上效率较低。更鲁棒的方案可能需要对EOS的数量级更多的调用，这在计算上是昂贵的。我们提出了一个有效的三维Newton-Raphson格式和一个速度较慢但更强大的一维格式作为后备的最佳策略。
2018-06-24 astro-ph.HE gr-qc
The Black Hole Accretion Code
我们提出的黑洞吸积代码（BHAC），一个新的多维广义相对论磁流体力学模块的MPI-AMRVAC框架。BHAC的目的是解决理想的广义相对论磁流体动力学方程在任意时空，并利用自适应网格细化技术与一个有效的块为基础的方法。几个时空已经实现和测试。我们证明了BHAC的有效性，通过各种一维，二维和三维的测试问题，以及通过密切的比较与HARM 3D代码的情况下，一个环面吸积到一个黑洞。湍流吸积方案的收敛性研究与几个诊断，我们发现吸积率和视界穿透通量收敛到百分之几的问题时，在三维空间中运行。我们的分析还涉及相应的热同步辐射的研究，这是通过一个新的广义相对论辐射转移代码，BHOSS。由此产生的合成强度地图的吸积到黑洞被发现是收敛的分辨率增加，并预计将发挥至关重要的作用，在解释地平线尺度的图像所产生的无线电观测源在银河系中心。
2017-06-18 astro-ph.HE gr-qc
ECHO-3DHPC: relativistic accretion disks onto black holes
目前最先进的吸积流到黑洞的模拟需要一个显着水平的数值复杂性，以允许在强引力的制度相对论磁化等离子体的三维建模。我们在这里提出了一个新版本的GRMHD代码\texttt{ECHO}的合作开发与马克斯普朗克计算和数据设施（MPCDF）和莱布尼茨Rechenzentrum（LRZ），它采用了混合多维MPI-OpenMP加上生产的MPI-HDF 5输出文件。该代码的高度并行化的一些基本性质的研究的厚吸积盘周围的黑洞，特别是激励的非轴对称模式中存在的流体动力学和磁流体动力学的不稳定性是至关重要的。
2018-10-08 astro-ph.HE
Linking accretion flow and particle acceleration in jets. I. New relativistic magnetohydrodynamical jet solutions including gravity
我们提出了一个新的，近似的方法来模拟重力存在下的相对论性喷流的加速和准直。这种方法在整个计算域中是自相似的，其中重力效应可以忽略不计，并且在通量管内是自相似的。这些解决方案适用于从小区域（例如，靠近吸积盘的内缘）。正如早期的工作所暗示的，气流可以会聚到旋转轴上，潜在地产生准直激波。在这个方法的第一个版本中，我们通过与非相对论性流动类比，推导出引力对相对论性方程的贡献。这种方法捕获了流动等离子体的相对论动力学引力质量，但不是由于内部热能和磁能。一个更复杂的治疗，从基本的广义相对论磁流体动力学方程，目前正在开发。在这里，我们提出了一个初步的探索参数空间，描述的影响模型参数的流动解决方案和准直冲击的位置。这些结果提供了新的，半解析模型的相对论性射流，可以约束附近的条件，通过拟合射流中断看到越来越多的X射线双星的黑洞的基础。
2012-09-21 astro-ph.HE
Collisionless accretion onto black holes: dynamics and flares
利用轴对称广义相对论粒子模拟方法，从第一性原理出发研究了无碰撞等离子体在旋转黑洞上的吸积。我们进行了并排的比较，这些结果类似的广义相对论磁流体动力学模拟。虽然有许多相似之处，在整体流动动力学，动力学和流体模拟之间的三个关键区别。在我们的动力学方法中，磁重联是更有效的，并迅速加速非热粒子群。此外，在动力学模拟等离子体开发显着偏离热平衡，包括压力各向异性，激发动力学尺度的不稳定性，和一个大的字段对齐的热通量接近自由流值的地平线附近。我们讨论了我们的结果的影响建模事件视界尺度观测的Sgr A* 和M87的重力和事件视界望远镜。
2022-12-05 astro-ph.HE
Radiative Relativistic Magnetohydrodynamic Simulations of Neutron Star Column Accretion in Cartesian Geometry
强磁化中子星的高光度吸积导致辐射压主导的磁约束吸积柱。我们调查这些列使用二维辐射相对论磁流体动力学模拟的动力学，限制考虑适度的吸积率的列的高度是足够低的笛卡尔几何可以采用。通过吸积激波在$\simeq 10-25$ ~kHz的高频振荡，动态地维持柱结构。这些振荡的出现是因为它是必要的重新分配的权力释放在吸积激波通过批量垂直运动，既要平衡冷却和提供垂直压力支持重力。侧向冷却总是主导内能的损失。除了垂直振荡，光子气泡在我们的模拟中形成，并增加了额外的空间复杂性的柱结构。它们本身并不对振荡负责，它们似乎也不影响振荡周期。然而，它们增强了辐射的垂直传输，并增加了光度的振荡幅度。在我们的模拟中的时间平均柱结构类似于标准1D静止模型中的趋势，主要区别在于，由于2D柱形状的更高的冷却效率，冲击波阵面的时间平均高度更低。
2022-08-14 astro-ph.HE
Magnetohydrodynamic Simulations of Active Galactic Nucleus Disks and Jets
有一个广泛的共识，即吸积到超大质量黑洞和随之而来的喷流形成的动力观测到的活动星系核（AGN）的发射。然而，关于喷流如何在吸积流中形成，它们与黑洞自旋的可能关系，以及它们如何与周围介质相互作用，人们的共识较少。在理论上，人们也对标准吸积盘模型的不稳定性以及与观测约束的持续差异表示担忧。尽管标准的吸积盘模型在X射线双星中的应用似乎很成功，但它面临着越来越多的观测约束，这对它在活动星系核中的应用提出了挑战。由于这些流动的动力学性质以及流体力学、磁场、辐射传输和弯曲时空之间的复杂相互作用，对这些问题的理论探索越来越依赖于数值模拟。我们得出以下结论：广义相对论磁流体力学（MHD）模拟的出现极大地提高了我们对喷流产生及其对黑洞自旋依赖性的理解。模拟结果表明，吸积盘和喷流都对穿过吸积流的磁通量以及吸积流角动量与黑洞自旋之间可能存在的不重合很敏感。辐射MHD模拟提供了新的见解发光吸积流的稳定性和突出的辐射粘性，紫外线不透明度的原子，和螺旋密度波在AGN的潜在重要性。
2021-01-21 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
GRMHD Study of Accretion onto time-like Naked Singularities
本研究通过GRMHD模拟发现，类时裸奇点因离心势垒阻止直接吸积，但仍能产生与黑洞相当的喷流功率，且吸积物质释放引力能驱动强外流。
2025-09-11 astro-ph.HE
Simulations of black hole accretion torus in various magnetic field configurations
利用轴对称广义相对论磁流体动力学方法，研究了不同初始磁场位形下黑洞周围吸积环的演化。对于任意初始磁场位形，由于黑洞对物质的吸积，吸积环漏斗中将产生绕垂直轴的抛物型磁场。
2020-04-16 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
GRMHD simulations of accretion flows onto massive binary black hole mergers embedded in a thin slab of gas
本文对嵌入薄磁化气体板中的等质量旋转双黑洞并合进行了GRMHD模拟，发现自旋构型在旋近阶段产生与轨道频率相关的吸积率调制，且并合后未现吸积率显著增加，揭示了电磁特征与气体几何分布的潜在联系。
2024-05-30 astro-ph.HE gr-qc
GRMHD simulations of accretion flows onto unequal-mass, precessing massive binary black hole mergers
本研究使用广义相对论磁流体动力学模拟探讨自旋取向对不等质量双黑洞合并前吸积流动力学的影响，发现自旋错位会增强质量吸积率的准周期调制，为多信使观测提供潜在特征。
2023-09-11 astro-ph.HE gr-qc
General-Relativistic Simulations of Four States of Accretion onto Millisecond Pulsars
吸积中子星可以为各种天体物理现象提供动力，包括短持续时间和长持续时间的伽马射线暴、超亮X射线源和X射线双星。数值模拟是研究吸积盘-磁层相互作用的一个有价值的工具，这是这些问题的核心，最明显的是最近发现的过渡毫秒双星。然而，磁流体动力学（MHD）方法，广泛用于模拟吸积，有困难的高磁化恒星磁层，而力的方法，适用于这样的地区，不能包括吸积气体。我们提出了一种MHD方法，可以稳定地发展基本上没有力，高度磁化的区域，并描述了第一个依赖于时间的相对论模拟磁化吸积到毫秒星系。我们的轴对称广义相对论MHD模拟的第一次演示了如何与脉冲星的电磁风的湍流吸积流的相互作用，可以导致一个孤立的脉冲星的吸积状态的过渡。这种转变自然会导致相对论喷流的形成，其能量可以大大超过孤立脉冲星风的能量。如果吸积率低于临界值，脉冲星就会排出吸积流。更一般地说，我们的模拟第一次产生了四种可能的吸积状态，按质量吸积率递减的顺序排列：（a）破碎磁层和直接吸积;（b）磁通道吸积到恒星两极;（c）螺旋桨状态，物质通过轻圆柱体进入，但被离心屏障阻止吸积;（d）脉冲星风几乎完全将吸积流排除在光柱之外。
2018-01-05 astro-ph.HE gr-qc
Magnetized Accretion onto Neutron Stars: from Photon-trapped to Neutrino-cooled Flows
本文通过三维广义相对论磁流体动力学模拟，首次将中子星周围的延伸吸积盘与自洽流体静力学大气相连，研究了从光子捕获流到中微子冷却流的转变，并建立了一维解析模型，对超临界吸积中子星的自旋和质量演化具有启示意义。
2025-05-03 astro-ph.HE gr-qc
Accretion process onto super-spinning objects
利用数值模拟方法研究了Kerr时空中自旋物体的吸积过程。我们的结果表明，吸积到具有克尔参数（表征自旋）$|a| < M$和$|a| > M$的致密物体是非常不同的。在超自旋的情况下，对于比$M$稍大的$|a|$，由于短距离的排斥力，中心物体上的吸积被极大地抑制。吸积物质无法到达中心物体，而是在其周围积聚，形成一个持续增长的高密度云。在吸积过程中发出的辐射将比标准黑洞发出的辐射更硬更强;例如，在一些观测中可以看到$γ$ -射线。这种云的引力坍缩甚至可能引起剧烈的爆炸。随着$|a|$的增加，大量的吸积物质到达中心物体，云的增长变得不那么有效。我们的模拟发现，一个准稳态的吸积过程中存在的$|a|/M \gtrsim 1.4$，独立的质量吸积率在大半径。对于如此高的克尔参数值，吸积物质在非常小的半径处形成薄盘。我们提供了一些分析参数，以加强数值计算结果，特别是，我们估计的引力从吸引力到排斥力的变化和临界值$|a|/M \approx 1.4$分离的两个定性不同的制度的吸积的半径。我们简要地讨论了可用于寻找银河系和/或宇宙中的这种奇异物体的观测签名。
2009-10-17 astro-ph.HE gr-qc
"Extended emission" from fallback accretion onto merger remnants
本研究通过广义相对论磁流体动力学模拟，首次揭示了双中子星并合遗迹的回落吸积能够产生与短伽马射线暴“延展辐射”观测高度吻合的伽马和X射线辐射，为解释GRB复杂现象提供了新途径。
2024-02-16 astro-ph.HE gr-qc
Radiation Magnetohydrodynamic Simulations of Sub-Eddington accretion Flows in AGN: Origin of Soft X-ray Excess and Rapid Time Variabilities
本文研究了当赛弗特星系的光度超过爱丁顿光度（$L_{\mathrm{Edd}}$）的0.1%时，观测到的软X射线过剩分量的来源。利用辐射磁流体动力学程序CANS+R模拟了辐射无效吸积流中稠密团的演化过程。当$10^7M_{\odot}$黑洞的吸积率超过爱丁顿吸积率（$\dot M_{\rm Edd}=L_{\rm Edd}/c^2$，其中$c$是光速）的10%时，由于辐射冷却，致密的斑点垂直收缩，并形成汤姆逊厚，相对较冷的（$\sim10^{7-8}$ K）区域。冷区与黑洞附近的光学薄热（$T\sim10^{11}~\mathrm{K}$）RIAF共存。冷盘负责软X射线发射，而硬X射线是从热的内部吸积流发射。软X射线发射区与黑洞附近的光学薄、热（$T \sim 10^{11}~\mathrm{K}$）、辐射效率低的吸积流（RIAF）共存。这种冷热吸积流的混合结构与从“外观变化”的活动星系核（CLAGN）观测到的硬和软X射线发射是一致的。此外，我们还发现在软X射线发射区存在准周期振荡。这些振荡可能是CLAGN中观察到的快速X射线时间变化的起源。
2020-09-18 astro-ph.GA astro-ph.HE
Mini-disk accretion onto spinning black hole binaries: quasi-periodicities and outflows
我们执行一个完整的3D广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟的等质量，自旋，二进制黑洞接近合并，周围环绕的双磁盘和迷你磁盘周围的每个黑洞。为了这个目的，我们进化的理想GRMHD方程的近似时空的二进制是有效的，在空间的每一个位置，包括黑洞的视野，在inspiral制度。我们使用宽松的初始数据从以前的长期模拟，吸积是占主导地位的$m=1$过密度称为肿块的环双星盘。我们比较我们的新的自旋模拟与以前的非自旋运行，研究自旋如何影响迷你磁盘的属性。我们分析了从团块的内缘到黑洞的吸积过程，着重于小圆盘周围流体的角动量收支。我们发现，迷你磁盘在旋转的情况下，有更多的质量比非旋转的情况下，在一个周期。然而，在这两种情况下，我们发现黑洞接收到的大部分质量都是由物质从团块中直接坠落而产生的。我们还分析了电磁通量的形态和变化，发现它们具有相同的吸积率周期性。在自旋的情况下，我们发现，流出的$8$倍强于非自旋的情况下。我们的研究结果将有助于理解和产生现实的合成光变曲线和光谱，这可以用于未来的观测。
2022-02-08 astro-ph.HE gr-qc
Numerical Simulations of Optically Thick Accretion onto a Black Hole - I. Spherical Case
模拟吸积物质产生的辐射是真实模拟黑洞吸积盘的重要一步，特别是在高吸积率下。为此，我们最近增加了辐射输运现有的广义相对论磁流体动力学代码，宇宙++。然而，在试图模拟辐射吸积盘，我们已经测试了新的代码使用一系列的激波管和邦迪（球形流入）的问题。首先由Farris等人（2008）提出的四个辐射激波管测试具有已知的解析解，使我们能够计算我们代码的误差和收敛速率。邦迪问题只有在忽略辐射过程时才有解析解，但它是相关的，因为它更接近我们最终想要研究的物理学。在我们的模拟中，我们包括汤姆逊散射和热韧致辐射的不透明度，专注于超级爱丁顿制度。与固体表面物体的吸积不同，黑洞的超爱丁顿吸积不会产生超爱丁顿光度。在我们的例子中，尽管以爱丁顿速率的300倍吸积，我们测量的光度总是比爱丁顿低几个数量级。
2012-05-08 astro-ph.HE astro-ph.IM
Magnetohydrodynamic Simulations of Transonic Accretion Flows
Nicolaus Copernicus Astronomical Center of the Polish Academy of Sciences（波兰科学院尼古拉·哥白尼天文学中心）；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（美国国家超级计算应用中心（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校））；Academy of Athens（雅典学院）；Aryabhatta Research Institute of Observational Sciences (ARIES)（阿亚巴塔观测科学研究所）；Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica（中央研究院天文及天文物理研究所）
研究通过磁流体动力学模拟揭示磁化亚声速吸积流中激波振荡产生准周期振荡（QPOs）的机制，表明QPO频率由激波位置决定。
2026-08-20 astro-ph.HE
Numerical Simulations of Optically Thick Accretion onto a Black Hole - II. Rotating Flow
在本文中，我们报告最近升级到我们的广义相对论辐射磁流体动力学代码，宇宙++，包括一个新的原始反演方案和一个混合隐式-显式求解器的辐射方程更一般的封闭关系的发展。新的混合求解器有助于稳定的辐射源项的治疗，而新的封闭允许更广泛的范围内的光学深度被认为是。这些变化使我们能够将温度、不透明度和质量吸积率的范围扩大几个数量级，并向我们的目标迈进了一步，即对辐射压力主导的黑洞吸积盘进行全球模拟。在这项工作中，我们测试和验证的新方法对一系列的问题。我们还证明了它的能力，以处理超爱丁顿，准球形吸积。即使只有一个简单的原理验证模拟，我们已经看到了与超级爱丁顿吸积流中辐射和气体耦合相关的有趣现象学的诱人暗示。
2014-08-19 astro-ph.HE astro-ph.IM
Supercritical Accretion onto a Non-Magnetized Neutron Star: Why is it Feasible?
为了理解为什么超临界吸积在中子星上是可行的，我们仔细研究吸积流动力学的2.5维广义相对论（GR）辐射磁流体动力学（RMHD）模拟，比较吸积到非磁化中子星（NS）和黑洞（BH）的情况。超临界黑洞吸积相对容易，因为黑洞可以吞噬多余的辐射能量，因此辐射通量可以在其附近向内。这种机制对于具有固体表面的NS永远不起作用。事实上，我们发现辐射力总是向外的。相反，我们发现由于强辐射压力驱动的外流，质量吸积率显着降低。辐射通量$F_\mathrm{rad}$是自调节的，使得辐射力与重力和离心力的总和平衡。即使当辐射能量密度远远超过爱丁顿光度$E_\mathrm{rad} \simeq F_\mathrm{rad}τ/c> 10^2 L_\mathrm{Edd}/(4πr^2 c)$的预期值时，辐射通量也总是保持在一定值以下，这使得有可能不将所有气体从盘上吹走。这些效应使超临界吸积成为可能。我们还发现，一个沉降区，吸积显着减速辐射垫，周围NS表面形成。在沉降区，辐射温度和质量密度分别大致遵循$T_\mathrm{rad} \propto r^{-1}$和$ρ\propto r^{-3}$。黑洞周围没有沉降区，物质可以直接被黑洞以超音速吞噬。
2017-12-06 astro-ph.HE
Three-dimensional Radiative Properties of Hot Accretion Flows onto the Galactic Centre Black Hole
通过求解辐射转移方程，研究了银河系中心超大质量黑洞附近磁流体动力学吸积流模型与观测到的Sgr A* 谱的三维辐射性质.结果表明，射电辐射的中心大于事件视界阴影的大小，其峰值位置偏离引力中心。我们还发现，自吸收同步辐射的热电子的叠加在几十个Schwartzschild半径可以解释低于临界频率$ν_{c}\approx 10^{12}$ Hz的低频光谱。在临界频率以上，热电子的同步自康普顿辐射可以解释最近近红外观测中的可变辐射。与Ohsuga等人（2005）的研究不同，我们发现不同质量吸积速率下的热电子韧致辐射X射线谱与{ \it Chandra}观测到的Sgr A* 的耀斑态和静止态都是一致的。
2009-06-24 astro-ph.GA astro-ph.HE
Black Hole-Disk Interactions in Magnetically Arrested Active Galactic Nuclei: General Relativistic Magnetohydrodynamic Simulations Using A Time-Dependent, Binary Metric
本文通过含时双黑洞度规的GRMHD模拟，研究次级黑洞与磁制动厚AGN盘的相互作用，发现其使外流率提升2-4倍，并首次自洽证明自旋-轨道耦合导致盘和喷流发生60°-80°的长期进动，可为探测次级黑洞提供观测证据。
2024-04-02 astro-ph.HE
General Relativistic Magnetohydrodynamic Simulations of Accretion Disks Around Tilted Binary Black Holes of Unequal Mass
本文通过广义相对论磁流体动力学模拟不等质量、倾斜自旋双黑洞吸积盘，揭示质量比与自旋取向对喷流形成、重定向及坡印廷光度变化的影响。
2023-02-17 astro-ph.HE gr-qc
Dynamics and Radiative Signatures of Accretion Flows onto a Kerr-like Wormhole
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（粒子物理、天体物理与宇宙学教育部重点实验室，上海粒子物理与宇宙学重点实验室，上海交通大学）
研究通过广义相对论磁流体动力学和辐射传输模拟，探讨了Kerr-like型虫洞吸积流的动力学特性与辐射特征，发现虫洞旋参数影响双侧动力学，并通过高频率射电观测揭示了喉部附近辐射主导的现象。
2026-05-06 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Hypercritical Accretion onto a Newborn Neutron Star and Magnetic Field Submergence
我们提出了磁流体动力学数值模拟的后期超新星超临界吸积，以了解其对新生的中子星的磁场的影响。我们认为作为一个例子的情况下，一个磁场环突出的恒星的表面。吸积物质被假定为非磁化的，由于高吸积率，物质压力占主导地位的磁压力。我们发现，一个吸积包层的发展非常迅速，一旦它成为对流稳定的磁场很容易被掩埋和推入新形成的中子星地壳。然而，对于足够低的吸积率的吸积信封保持对流的延长的时间段，只有部分淹没的磁场发生由于残留的字段是保持在形成地壳和对流信封之间的界面。在后一种情况下，结果应该是一个弱磁化的中子星，可能具有复杂的场几何形状。在我们的模拟中，我们发现从全淹没到部分淹没的过渡发生在dotM~10 Msun/yr左右。淹没的磁场向表面的反向扩散，以及由此产生的偶极分量的增长，可能导致脉冲星在数百年到数千年的时间尺度上延迟开启。
2012-12-03 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
Three-Dimensional General Relativistic Radiation Magnetohydrodynamical Simulation of Super-Eddington Accretion, using a new code HARMRAD with M1 Closure
黑洞吸积流和吸积喷流是相对论性的动态热磁化等离子体流，其辐射不透明度对吸积流的结构和行为有重要影响。我们描述了一个数值方案，测试和天体物理学相关的应用程序中使用的M1辐射封闭在一个新的三维（3D）广义相对论（GR）辐射（R）磁流体力学（MHD）大规模并行代码称为HARMRAD。我们的三维GRRMHD模拟的超爱丁顿吸积（约$20$倍爱丁顿）到一个快速旋转的BH（无量纲自旋$j=0.9375$）显示持续的非轴对称磁盘湍流，持续的电磁射流驱动的Blandford-Znajek效应，和总辐射输出始终接近爱丁顿率。总吸积效率为$20\%$量级，大尺度电磁喷流效率为$10\%$量级，到达大距离的总辐射效率仅为$1\%$量级。然而，辐射喷流和电磁喷流都出现在一个几何波束极区，具有超爱丁顿各向同性等效光度。利用HARMRAD进行的这种模拟可以揭示BH自旋与在发射喷流时，我们可以利用磁盘来确定X射线双星的光谱和时间状态的起源，帮助理解潮汐破裂事件（TDE）是如何工作的，为M87和其他活动星系核（AGN）提供精确的视界尺度流动结构，并隔离AGN反馈是由辐射还是由电磁、热或动力风/喷流驱动。例如，低辐射效率和弱BH自旋下降率从我们的模拟表明，BH增长超过宇宙学时间的数十亿太阳质量的红移$z\sim 6-8$是可以实现的，即使快速旋转BH和10个太阳质量的BH种子。
2013-12-20 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Collisionless Accretion of Finite-Angular-Momentum Plasma onto a Spinning Black Hole
Washington University in St. Louis（华盛顿大学）
研究通过动能模拟展示了有限角动量等离子体对旋转黑洞的吸积过程，发现其行为与理想MHD的磁性冻结盘相似，并揭示了喷流形成可能需要配对放电。
2026-10-09 astro-ph.HE
A Survey of General Relativistic Magnetohydrodynamic Models for Black Hole Accretion Systems
本文综述了用于黑洞吸积系统的广义相对论磁流体动力学模拟，介绍了EHT分析人马座A*所用的十个模拟库，涵盖不同自旋和磁化状态，发现SANE与薄盘一致、MAD产生高效喷流并导致自旋减速。
2025-01-24 astro-ph.HE
Beamed emission from a neutron-star ULX in a GRRMHD simulation
以中子星为动力的超铝X射线源（ULX）为模型，在$2\times 10^{10}$ G偶极磁场作用下，对中子星的超临界吸积过程进行了2.5维广义相对论辐射磁流体动力学模拟.我们计算了$\sim 2.5\,L_\mathrm{Edd}$的总光度的下限，并发现辐射是由吸积盘流出高度光束。视各向同性的光度，这是一个功能的视角，达到最大值以上$100\,L_\mathrm{Edd}$，与在ULX中观察到的光度一致。
2021-07-02 astro-ph.HE
Magnetized accretion onto rapidly spinning binary black holes: mini-disk thermodynamics, magnetic transport, and dual jets
Perimeter Institute for Theoretical Physics（Perimeter理论物理研究所）；Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Stanford University（斯坦福大学卡弗里粒子天体物理与宇宙学研究所）；Center for Computational Relativity and Gravitation, Rochester Institute of Technology（罗切斯特理工学院计算相对论与引力中心）；School of Physics and Astronomy, Rochester Institute of Technology（罗切斯特理工学院物理与天文学院）；Department of Physics & Astronomy, University of Tennessee（田纳西大学物理与天文学系）；Canadian Institute for Theoretical Astrophysics, University of Toronto（多伦多大学加拿大理论天体物理研究所）；School of Natural Sciences, Institute for Advanced Study（高等研究院自然科学学院）；Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, Università di Milano-Bicocca（米兰比可卡大学“G.奥恰利尼”物理系）
本研究通过三维广义相对论磁流体动力学模拟，探究间距30引力半径、无量纲自旋χ=0.9的等质量快速旋转双黑洞的磁化吸积，发现其形成能量效率≈40%的开关式双喷流，且迷你盘热力学影响喷流特性。
2026-09-04 astro-ph.HE gr-qc
GR-RMHD Simulations of Super-Eddington Accretion Flows onto a Neutron Star with Dipole and Quadrupole Magnetic Fields
本文通过GR-RMHD模拟研究磁化中子星超爱丁顿吸积流，揭示偶极与四极磁场分别导致磁极吸积柱和赤道带状吸积流，并据此约束Swift J0243.6+6124的磁场结构。
2024-10-23 astro-ph.HE
Compact stellar systems hosting an intermediate mass black hole: magnetohydrodynamic study of inflow-outflow dynamics
针对致密沃尔夫-拉叶星团中中等质量黑洞吸积动力学不明的问题，通过三维磁流体模拟发现星风碰撞导致吸积率被大幅抑制、黑洞辐射被掩盖，解释了这类黑洞难探测的原因并提供观测指导。
2025-10-24 astro-ph.HE
Spectral calculations of 3D RMHD simulations of super-Eddington accretion onto a stellar-mass black hole
本文利用Athena++蒙特卡罗后处理三维RMHD模拟，研究恒星质量黑洞超爱丁顿吸积的硬X射线谱，发现多群康普顿散射处理比灰体方法更符合MC计算，并能较好拟合ULX NGC 1313 X-1的观测光谱。
2023-04-17 astro-ph.HE
Broad absorption features in wind-dominated ULXs?
超亮X射线源（ULX）的亮度需要一个奇异的解决方案，无论是超临界吸积模式到恒星质量黑洞或亚临界吸积到中间质量黑洞（IMBH）被调用。由于目前缺乏直接的质量测量，区分两者是不平凡的。超临界吸积模式的一个关键预期是强大的辐射驱动风的存在。在这里，我们分析了NGC 5408 X-1和NGC 6946 X-1的XMM-牛顿数据，发现X射线光谱中存在的强软残差可以与部分电离的蓝移吸收相调和，光学薄相的风。我们推导出风的物理参数的初始值，我们还讨论了其他可能的起源所观察到的功能。
2013-10-31 astro-ph.HE
A Three-dimensional Simulation of a Magnetized Accretion Disk: Fast Funnel Accretion onto a Weakly Magnetized Star
我们提出了一个全球性的，三维磁流体动力学模拟的吸积盘与旋转，弱磁化的中心恒星的结果。圆盘被一个弱的、大尺度的极向磁场穿过，中心恒星最初没有强的恒星磁层。我们的模拟研究了从湍流吸积盘到恒星的吸积流的结构。模拟显示，即使没有恒星磁层，在高纬度地区也会发生快速吸积。我们发现，失败的磁盘风成为快速，高纬度吸积的结果，介导的角动量交换的磁场远高于磁盘，其中的洛伦兹力，减速的旋转运动的气体可以比较的离心力。与经典的磁层吸积方案不同，快速吸积流不受恒星磁层磁场的引导。然而，吸积速度达到自由落体速度在恒星表面由于有效的角动量损失在一个远离恒星的地方。这项研究提供了一个可能的解释，为什么赫比格Ae/Be星的磁场一般不足以形成磁层也显示出快速吸积的迹象。在我们的模型中，磁驱动射流不是从盘形成的。由于帕克不稳定性干扰了磁场的放大作用，差动旋转不能产生足够强的磁场来加速喷流。
2019-02-06 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
From Feast to Famine: A Systematic Study of Accretion onto Oblique Pulsars with 3D GRMHD Simulations
本研究首次利用三维广义相对论磁流体动力学模拟，系统探讨了中子星磁场强度与倾斜度对吸积过程及喷流功率的影响，发现相对极性和倾斜度共同决定喷流功率变化趋势。
2023-11-15 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
2D magnetohydrodynamic jet simulations: properties of recollimation shocks
INAF – Osservatorio Astronomico di Brera（意大利国家天体物理研究所布拉拉天文台）；INAF, Osservatorio Astrofisico di Torino（意大利国家天体物理研究所都灵天文台）；Department of Physics, National and Kapodistrian University of Athens（雅典国立卡波蒂斯坦大学物理系）；Department of Astronomy, Yale University（耶鲁大学天文学系）
通过二维轴对称相对论磁流体动力学模拟，研究环境密度对比、压力比、磁化强度和磁螺距参数如何控制再准直激波的形成与强度，并发现磁主导区再准直距离与磁场强度呈幂律标度关系。
2026-08-21 astro-ph.HE
GRMHD simulations of accretion onto Sgr A*: How important are radiative losses?
本文采用广义相对论磁流体动力学（GRMHD）方法对银河系中心人马座A *（Sgr A *）的超大质量黑洞的吸积流进行了数值模拟。模拟包括第一次辐射冷却过程（同步，韧致辐射，逆康普顿）自洽的动力学，使我们能够测试忽略所有冷却损失的建模中的Sgr A * 的常见简化。我们确认，对于Sgr A *，如果银河系中心的吸积速度低于~10 ^{-8} Msun/yr，即Mdot <10 ^{-7} Mdot_Edd，则忽略冷却损失是合理的近似。但在此极限以上，我们表明，辐射损失应考虑到显着差异出现在动力学和由此产生的光谱时，比较模拟与不冷却。这个极限意味着大多数附近的低光度活动星系核都处于应该考虑冷却的区域。进一步对银河系中心超大质量黑洞周围的轴对称气体吸积进行了参数研究。这种方法使我们能够调查一般的气体吸积的物理学，同时面对我们的结果与良好的研究和观察源，Sgr A *，作为一个测试案例。我们证实，吸积流和外流的性质是强烈依赖于初始几何的磁场。例如，我们发现，即使有非常高的自旋，也很难从带有多个单独的极向场环的圆盘中产生强大的外流。
2012-06-18 astro-ph.GA astro-ph.HE
The Effects of Resolution on Black Hole Accretion Simulations of Jets
我们进行了三个广义相对论磁流体动力学模拟的黑洞吸积设计来测试如何敏感的结果是网格分辨率在喷流区域。这两个例子的不同之处仅在于数值上，它们模拟了相同的物理场景：一个辐射效率低、几何厚度大、磁制动的流进入一个快速旋转的黑洞。与粗网格推断的属性一般同意与较高的分辨率，包括总喷流功率及其分解成不同的形式，速度结构，非轴对称结构，并解决毫米图像的外观发现。一些可变性和磁化强度的测量对分辨率很敏感。我们的结论是，大多数结果通过限制分辨率附近的射流计算方便仍然应该是可靠的，至少在此范围内，他们不会得到改善与更精细的网格。
2020-08-10 astro-ph.HE
MC Simulations of the Broadband Spectra of Sagittarius A* through the use of GRMHD
我们目前的吸积流到超大质量黑洞在我们的银河系中心，人马座A*，产生的蒙特卡罗（MC）辐射和广义相对论磁流体动力学（GRMHD）代码的耦合的频谱的模拟结果。在我们的建模中，我们使用2D HARM GRMHD代码首先对磁盘的物理参数进行建模，然后将其结果输入到我们的2D MC光子输运代码中。我们将讨论得到的结果，适合无线电，红外，和钱德拉获得的耀斑或静态的X射线数据点，以及输入参数（密度，温度，和磁场）的缩放量的有效性，需要适合这些点。HARM输出将用于建议缩放是否在合理范围内。
2009-09-25 astro-ph.HE
Prospects for ray-tracing light intensity and polarization in models of accreting compact objects using a GPU
事件视界望远镜（EHT）最近发布了两个超大质量黑洞吸积流的高分辨率图像。我们对这些图像的物理理解取决于致密物体周围等离子体和辐射数值模型的准确性和精度。这项工作的目标是加快辐射传输模拟，用于创建与EHT观测比较的黑洞模拟图像。将强引力下等离子体中广义相对论全极化辐射转移的射线追踪程序移植到图形处理器上。我们描述了我们的GPU实现和进行加速测试，使用模型的光学薄对流为主的吸积流（ADAF）到黑洞实现半解析和三维广义相对论磁流体力学模拟，低和非常高的图像像元分辨率，和两个不同的CPU+ GPU。我们表明，具有高精度计算能力的GPU可以显着减少图像生产的计算时间，加速因子高达约1200。显著的加速有助于，例如，动态模型拟合到EHT数据，包括极化数据。该方法的扩展可能使研究从等离子体发射与非热粒子分布函数的准确近似同步辐射率是不可用的。显著的加速将EHT图像库的生成的碳足迹减少了至少一个数量级。
2023-02-22 astro-ph.HE astro-ph.IM
Minidisk Influence on Flow Variability in Accreting Spinning Black Hole Binaries: Simulations in Full General Relativity
我们进行磁流体动力学模拟吸积，等质量的二元黑洞在充分的广义相对论专注于自旋和minidisk的吸积率和坡印亭光度变化的影响。我们报告的结构的minidisks和周期性的质量的minidisks，质量吸积率，和坡印亭光度。吸积率表现出准周期性的行为，在我们研究的所有系统中的二进制的轨道频率，但这种调制的幅度是依赖于持久的minidisks的存在。特别是，系统被发现产生持久的minidisks有一个更弱的调制质量吸积率，表明minidisks可以增加流入时间的物质到黑洞，并抑制了准周期行为。这一发现对间隔较大的双星有潜在的影响，在这种情况下，迷你盘可能会大得多，并可能显着抑制周期性。
2022-10-27 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Acceleration of Relativistic Electrons by MHD Turbulence: Implications for Non-thermal Emission from Black Hole Accretion Disks
我们使用分析估计和数值模拟的测试粒子与磁流体动力学（MHD）湍流相互作用，以表明亚音速MHD湍流产生有效的相对论粒子的二阶费米加速。这种加速不能用标准的准线性理论很好地描述，而是MHD湍流中波粒相互作用共振展宽的结果。我们提供的动量扩散系数，可用于天体物理和日光层的应用，并讨论我们的吸积流到黑洞的结果的影响。特别是，我们表明，在辐射效率低的吸积流的亚音速湍流粒子加速可以产生一个非热尾的电子分布函数，这可能是重要的建模和解释发射低光度系统，如Sgr A* 和M87。
2014-07-27 astro-ph.HE
Formation and collimation of relativistic MHD jets - simulations and radio maps
我们目前的结果磁流体动力学（MHD）模拟射流的形成和传播，讨论了各种天体物理设置。在第一种方法中，我们考虑相对论MHD射流形成的模拟，考虑从开普勒盘的表面发射的射流，数值演示-第一次-相对论MHD射流的自准直能力。我们获得了高达约10的洛伦兹因子，同时获得了约1度的高度准直。然后，我们提出的同步辐射图计算的内在射流结构来自MHD射流形成模拟。最后，我们提出了（非相对论）MHD模拟射流发射，治疗吸积和喷射之间的过渡。这些设置包括一个物理磁扩散率，这是必不可少的加载吸积材料上流出。我们发现流出物中有相对较高的质量通量，约为吸积率的20- 40%。
2013-12-20 astro-ph.HE
Binary Black-Hole Mergers in Magnetized Disks: Simulations in Full General Relativity
我们提出的结果，从第一个完全广义相对论，磁流体动力学（GRMHD）模拟的等质量黑洞二进制（BHBH）在磁化，环二进制吸积盘。我们模拟前和后解耦阶段的BHBH磁盘系统和“冷却”和“无冷却”的气体流动。在解耦之前，由于MHD湍流，双星潮汐力矩和有效粘性力矩之间的竞争耗尽了双星轨道内部的盘。然而，它也诱导双流吸积流和温和的相对论极性流出的黑洞。在退耦之后，但在气体填充残骸周围的低密度“空洞”之前，吸积率降低，而在合并之后，由于冲击加热和吸积到旋转的BH残骸上，电磁（EM）光度迅速增强。这项调查，虽然初步的，预览更详细的GRMHD模拟，我们计划在未来的预期，同时检测引力和EM辐射合并BHBH磁盘系统进行。
2012-12-03 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Disks Around Merging Binary Black Holes: From GW150914 to Supermassive Black Holes
我们在完全广义相对论下对质量比为36：29的非自旋黑洞双星进行了磁流体动力学模拟。我们调查不同的磁盘模型，不同的规模高度，总尺寸和磁场量化的鲁棒性，以前的模拟初始磁盘模型。将我们的模拟缩放到LIGO GW 150914，我们发现这样的系统可以解释可能的引力波和电磁对应物，例如在GW 150915结束后0.4秒报告的费米GBM硬X射线信号。将我们的模拟缩放到超大质量二元黑洞，我们发现，可观察到的流动特性，如吸积率周期性，整个螺旋，合并和合并后，磁盘温度，热频率的出现，以及合并和喷气流出之间的时间延迟，我们在早期的研究报告显示只有适度的依赖于我们在这里考虑的初始磁盘模型。
2018-02-24 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
The Fate of Transonic Shocks around Black Holes and their Future Astrophysical Implications
本研究通过高分辨率模拟揭示了黑洞周围跨音速激波的形成机制及磁化流对其的影响，发现激波在特定条件下维持，并与喷流和流出物的物理特性相关。
2025-12-02 astro-ph.HE
ULX collimation by outflows in moderately magnetized neutron stars
通过GRRMHD模拟发现，中等磁化中子星的超爱丁顿吸积外流可准直辐射，使表观光度达100爱丁顿，且弱磁场（10^10 G）比强磁场（10^11 G）更有利于产生超亮X射线源。
2025-02-17 astro-ph.HE
