Determination of chaotic behaviour in time series generated by charged particle motion around magnetized Schwarzschild black holes
研究了在渐近均匀磁场中绕Schwarzschild黑洞运行的开普勒盘电离区的行为。依赖于磁参数${\cal B}$和盘平面相对于磁场方向的倾斜角$θ$，电离盘的带电粒子可以进入三种状态：a）规则振荡运动，b）由于被磁化黑洞捕获而导致的破坏，c）运动的混沌状态。为了研究带电粒子运动的规则型和混沌型之间的过渡，我们生成了各种条件下的运动方程的解的时间序列，并通过非线性（盒计数、关联维数、李雅普诺夫指数、递归分析、机器学习）混沌判定方法来研究它们。我们证明，机器学习方法似乎是最有效的确定混沌区域的$θ-r$空间。结果表明，电离粒子运动的混沌特性随倾角的增大而增强。对于倾角为$θ\sim 0$的开普勒盘的电离的内部部分被捕获的黑洞。
2019-05-03 astro-ph.HE gr-qc
Non-equatorial scalar rings supported by magnetized Schwarzschild-Melvin black holes
最近的研究表明，在复合Einstein-Maxwell-scalar-Gauss-Bonnet场论中，当标量场与Gauss-Bonnet曲率不变量的非最小负耦合时，磁化的黑洞可能支持空间规则的标量毛状结构.特别地，已经揭示，对于Schwarzschild-Melvin黑洞时空，近视界自发标量化现象的开始由数值计算的无量纲临界关系$(BM)_{\text{crit}}\simeq0.971$标记，其中$\{M,B\}$分别是时空的质量和磁场。在本文中，我们证明，使用分析技术，秃头Schwarzschild-Melvin黑洞时空和多毛（标量化）黑洞的组合Einstein-Maxwell-scalar-Gauss-Bonnet理论的解决黑洞解之间的边界的特点是精确的无量纲关系$(BM)_{\text{crit}}=\sqrt{{{\sqrt{6}-2}\over{2\sqrt{6}}}+\sqrt{{{\sqrt{6}-1}\over{2}}}}$的临界磁场强度。有趣的是，我们证明了临界无量纲磁参数$(BM)_{\text{crit}}$对应于磁化黑洞，支持一对线性化的非最小耦合薄标量环，其特征在于由非赤道极角关系$(\sin^2θ)_{\text{scalar-ring}}={{690-72\sqrt{6}+4\sqrt{3258\sqrt{6}-7158}}\over{789}}<1…
2022-04-04 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Magnetic field transport in compact binaries
矮新星（DNe）和低质量X射线双星（LMXB）的爆发被认为是由于其吸积盘中的热粘性不稳定性。这些爆发提供了角动量传输机制的限制。我们探讨了角动量输运可以通过大尺度磁场的动力学演化来控制的观点。我们研究了不同处方的磁场演化对磁盘的动力学的影响。这是将磁场输运理论与观测相对抗的第一步。我们开发了一个版本的磁盘不稳定性模型，发展的密度，温度和大尺度垂直磁通量在一起。我们考虑了由湍流或磁化外流驱动的吸积。为了演化磁通量，我们使用一个玩具模型，该模型具有主要取决于局部磁化的物理激励处方。我们发现，允许磁通量平流向内提供了最好的协议与DNe光变曲线。这导致了一个混合配置与内部磁化磁盘，驱动的角动量损失的MHD流出，急剧过渡到一个外部弱磁化的湍流磁盘，在那里的爆发被触发。动态影响相当于截断一个粘性盘，使其不向下延伸到致密物体，截断半径取决于磁通量，并演变为$\dot{M}^{-2/3}$。DNe和LMXB光变曲线的模型通常需要截断外部粘性盘，以匹配观测结果。对于这种截断没有一般性的解释。我们认为这是DNe和LMXB中存在大尺度磁场的自然结果，磁通量向中心积累，产生具有快速吸积时间尺度的磁化盘。
2020-07-14 astro-ph.HE
Distortion of a relativistic jet echoing a magnetic flux eruption
Nicolaus Copernicus Astronomical Center, Polish Academy of Sciences（波兰科学院尼古拉·哥白尼天文学中心）；Astronomical Observatory, University of Warsaw（华沙大学天文台）；Canadian Institute for Theoretical Astrophysics（加拿大理论天体物理研究所）；Department of Physics, University of Toronto（多伦多大学物理系）；David A. Dunlap Department of Astronomy, University of Toronto（多伦多大学大卫·邓普克天文系）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（基础物理珀尔默特研究所）；Department of Physics, University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校物理系）
研究通过高分辨率数值模拟，揭示磁饱和状态下喷流喷发导致的喷流扭曲现象，包括磁场结构变化及对BL Lac变体观测的影响。
2026-04-28 astro-ph.HE
Orbits of particles with magnetic dipole moment around magnetized Schwarzschild black holes: Applications to S2 star orbit
本研究解析了磁化粒子在带外渐近平匀磁场的史瓦西黑洞周围的各类轨道运动，结合S2星观测数据估算其磁偶极矩量级，还探究了引力卢瑟福散射类偏转轨迹。
2024-10-31 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Magnetar Giant Flares and Their Precursors --- Flux Rope Eruptions with Current Sheets
我们提出了磁星前兆及其后续巨型耀斑的灾变磁层模型。基于无力场位形，建立了磁层的轴对称模型，其中包含螺旋扭曲的磁通绳和电流片。在这个模型中，螺旋扭曲的通量绳会失去平衡，并突然爆发，以响应超强磁化中子星表面的缓慢和准静态变化。在以前的模型中，没有电流片，只有一个临界点存在于磁绳平衡曲线。当磁层中出现电流片时，磁绳的平衡曲线出现了新的特征。前兆和大耀斑之间的因果关系，以及前兆和大耀斑之间的静止状态的暂时重新进入，都可以得到自然的解释。在灾难性的状态转换过程中，磁能会被释放出来。详细的能量模型进行了讨论。磁通绳的灾难性平衡丧失所产生的电流片为磁重联提供了理想的场所。指出了磁重联对进一步增强喷发过程中能量释放的重要性。
2013-06-17 astro-ph.HE
Radiation reaction of charged particles orbiting magnetized Schwarzschild black hole
在许多与天体物理有关的情况下，作用在电荷上的辐射反作用力是不可忽略的，因而产生了在这种情况下圆轨道的位置和稳定性问题。在平坦时空中，带有辐射反应的点电荷的运动可用Lorenz-Dirac（LD）方程描述，而在弯曲时空中，则用包含Ricci项和尾项的DeWitt-Bertzme（DWB）方程描述。我们表明，基本粒子在真空度规的DWB方程的运动可以减少到协变形式的LD方程，我们在这里使用。一般来说，LD方程是困扰失控的解决方案，所以我们讨论的计算方法，以避免这个问题，在构造数值解。我们还使用协变LD方程，这是协变的Landau-Lifshitz方程的第一次迭代，比较这两种方法的结果，并显示在超相对论的情况下的三阶Schott项的小。我们计算了相应的能量和角动量损失的粒子和研究的阻尼带电粒子振荡的平衡半径。我们发现，取决于洛伦兹力的方向，振荡的带电粒子要么螺旋下降到黑洞，或稳定的圆形轨道衰减其振荡。后一种情况导致一个有趣的新结果，即粒子轨道从黑洞向外移动。我们还讨论了所提出的方法的天体物理相关性，并提供模型的主要参数的估计。
2018-03-26 astro-ph.HE gr-qc
Magnetar Eruptions and Electromagnetic Fireworks
本文提出磁星爆发全局模型，解释硬 X 射线耀发源于内磁层扭曲磁通量束的不稳定性，并阐明外磁层中耀发磁脉冲与电流片碰撞形成磁岛链从而产生 FRB 的机制。
2024-05-04 astro-ph.HE
Observation of An Evolving Magnetic Flux Rope Prior To and During A Solar Eruption
爆炸性能量释放是发生在实验室、地球磁层、日冕和天体物理环境中的磁化等离子体系统中的常见现象。其物理解释通常归因于薄电流片中的磁重联。在这里，我们报告的重要作用，磁通量绳结构，体积电流通道，在产生爆炸事件。在太阳爆发之前和期间，太阳动力学观测站（SDO）上的大气成像组件（AIA）望远镜观测到通量绳作为热通道。它最初表现为扭曲和扭曲的S形结构，温度高达10 MK，然后在缓慢上升阶段转变为半圆形，随后是快速加速和耀斑爆发。观测结果表明，磁通量绳的不稳定性触发了喷发，从而对传统的磁重联范式进行了重大补充。
2012-03-22 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Standing Shocks in Magnetized Dissipative Accretion Flow around Black Holes
本文研究了在环形磁场作用下的Schwarzschild黑洞周围吸积流的全局结构。吸积流是光学薄和平流为主。同步辐射被认为是流中的主动冷却机制。由此得到了整体跨音速吸积解，并证明了旋转磁化吸积流中的离心势垒引起了流变量以激波形式的不连续跃迁。激波特性和激波后电晕的动力学特性受流场参数如粘性、冷却速率和磁场强度的影响。针对这些流动参数的冲击性能进行了研究。我们进一步表明，对于给定的一组边界参数在盘的外缘，吸积流周围的黑洞承认冲击时，流量参数被调谐为一个相当大的范围。
2017-12-19 astro-ph.HE
A Highly Magnetized Twin-Jet Base Pinpoints a Supermassive Black Hole
超大质量黑洞（SMBH）是射电强活动星系核（AGN）中喷流产生的关键。基于Blandford和Znajek的理论模型从克尔黑洞中提取旋转能量，这可能是NGC 1052的情况，以发射这些喷流。这需要$10^3\,$ G到$10^4\,$ G量级的磁场。我们用全球毫米VLBI阵列对AGN NGC 1052的SMBH附近进行了成像，发现了一个明亮而紧凑的中心特征，半径小于1.9光日（100史瓦西半径）。解释这是一个混合的未解决的喷气基地，我们推导出的磁场在1史瓦西半径位于200 G和~80000 G与布兰德福德和Znajek模型一致。
2016-05-24 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
Magnetically Dominated Disks in Tidal Disruption Events and Quasi-Periodic Eruptions
通过构建薄磁吸积盘的稳态1D模型，证明MRI产生的磁压支撑能有效缩小不稳定参数空间和半径范围，解释了TDE盘中不稳定性的缺失及QPEs的小时级周期。
2022-11-01 astro-ph.HE
2D Relativistic MHD Simulations of the Kruskal-Schwarzschild Instability in a Relativistic Striped Wind
本文研究了相对膨胀条纹风中Kruskal-Schwarzchild不稳定性的线性和非线性发展。这种不稳定性是存在磁场时瑞利-泰勒不稳定性的推广。在活动星系核、伽马射线暴和微类星体中发现的强磁化外流中，已经有人提出产生一种自维持的加速机制。不稳定性导致磁重联，但与稳态Sweet-Parker重联相比，耗散率不受电流层的小纵横比的限制。我们进行了二维（2D）相对论磁流体动力学（RMHD）模拟具有两个冷的和高磁化（$1\leqσ\leq10^{3}$）等离子体层与反平行的磁场分离的相对论热等离子体薄层与流出的加速引起的局部有效重力。我们的模拟显示了重新连接层中较重的相对论热等离子体如何滴出并允许相反方向的磁场线重新连接。线性区域的不稳定性增长率与线性稳定性分析的预测相匹配。我们发现湍流，而不是一个有序的散装流附近的重联区，湍流速度高达$\sim0.1$ c，在很大程度上独立于模型参数。然而，能量耗散率被发现要慢得多，对应于一个有效的有序的体积速度流入到重联区$v_{\rm in}=β_{\rm in}c$，$10^{-3}\lesssimβ_{\rm in}\lesssim 5\times10^{-3}$。这是由于热等离子体从电流层中缓慢排空而发生的，主要是因为滴落的等离子体经历的开尔文-亥姆霍兹不稳定性。三维RMHD模拟需要进一步研究的非线性政权。
2017-11-13 astro-ph.HE
Strong Black Hole Natal Kicks in Magnetized Accretion-Powered Explosions
Columbia University（哥伦比亚大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Flatiron Institute（平顿研究所）
通过三维广义相对论磁流体动力学模拟，发现磁化坍缩星形成的黑洞可获得10^2--10^3 km/s的强诞生速度，影响黑洞保留与双星演化。
2026-09-11 astro-ph.HE
General relativistic magnetized Bondi-Hoyle-Lyttleton accretion with a spin-field misalignment: Jet nutation, polarity reversals, and Magnus drag
本研究通过三维广义相对论磁流体动力学模拟，探究自旋场失准下黑洞的磁化BHL吸积，发现磁囚禁吸积流、间歇性喷流、喷流章动与极性反转及马格努斯阻力等现象，关联双黑洞并合余辉等场景。
2025-04-16 astro-ph.HE gr-qc
Misaligned magnetized accretion flows onto spinning black holes: Magneto-spin alignment, outflow power, and intermittent jets
本文通过数值模拟研究了自转黑洞与盘角动量错位时的磁逮捕盘演化，发现喷流可通过磁自转对齐机制重整内盘，大倾角则引发间歇性喷流破坏盘结构，并指出缓慢吸积黑洞不表现持续LT进动，磁通量爆发驱动喷流摆动解释了观测现象。
2025-09-17 astro-ph.GA astro-ph.HE
High-entropy ejections from magnetized proto-neutron star winds: implications for heavy element nucleosynthesis
虽然最初被认为是有希望的r-过程核的生产，标准模型的中微子加热风从原中子星（PNS）没有达到必要的中子-种子比的生产镧系元素和锕系元素。然而，由r-，rp-，或$νp$ -过程在PNS风中创建的丰度分布敏感地依赖于流的熵和动力学膨胀时间尺度，这可能强烈地受到高磁场的影响。在这里，我们提出的结果，从磁流体动力学模拟的非旋转中微子加热PNS风与强偶极子磁场从$10^{14}-10^{16}$ G，并评估其在改变核合成条件的作用。强场在赤道形成一个封闭的区域和头盔流光结构，在环形等离子体团中有间歇性的动力学质量喷射。我们发现显着增强的熵在这些地区和条件有利于第三峰r-过程核合成，如果风是中子丰富。相反，如果风是富含质子的，则条件将影响来自$νp$过程的丰度。我们量化的熵和动力学膨胀时间尺度的喷射物质的分布，以及影响熵所需的临界磁场强度。对于$B\gtrsim10^{15}$ G，我们发现$\gtrsim10^{-6}$ M $_{\odot}$和高达$\sim10^{-5}$ M $_{\odot}$的高熵物质在风相中的每一个高磁化中子星诞生中都被喷射出来，这为宇宙中迅速的重元素富集提供了一种机制。在超新星遗迹中发现的前双星伴星，遗迹本身和逃逸恒星可能会表现出过度丰度。我们提供了一个比较等离子体团喷发的半解析模型，并讨论了影响和扩展。
2019-11-02 astro-ph.HE
Production of axions during scattering of Alfven waves by fast-moving Schwarzschild black holes
本文讨论了一种新的机制，在散射阿尔芬波由一个快速运动的史瓦西黑洞的轴子产生。该过程将经典宏观物体和有效的大振幅电磁（EM）波耦合到微观轴子。关键因素是黑洞（BH）穿过磁场的运动产生了经典的非零秒庞加莱不变量，即电磁异常（Lyutikov 2011）。在磁化等离子体支持Alfven波的情况下，是磁场的涨落分量造成了这种反常现象：对于足够小的以超Alfven速度运动的BH，等离子体没有足够的时间屏蔽平行的电场。这产生了时间依赖性的$ {\bf E} \cdot {\bf B} \neq 0$，以及经由轴子-EM耦合产生轴子。
2021-08-13 astro-ph.HE hep-th
Effects of Resistivity on Magnetized Core-Collapse Supernovae
我们研究了湍流电阻率在强磁化大质量恒星核坍缩中的作用，进行了二维电阻MHD模拟。研究了不同初始磁场强度和旋转的三种情况：1.强磁化旋转铁芯; 2.中等磁化旋转铁芯; 3.非常强磁化的非旋转磁芯。在每种情况下，理想MHD模型和连续MHD模型计算。作为计算的结果，每个模型都显示了由磁加速（以及旋转情况下的离心加速）帮助的物质爆发。我们发现，电阻率衰减的情况下1和2的爆炸，而它增强的情况下3的爆炸。我们还发现，在旋转的情况下，在反弹后阶段的磁场的放大的主要机制是向外平流的磁场和绕组的极向磁场-线的差分旋转，这是有点阻尼与电阻率的存在。虽然磁旋转不稳定性似乎发生在旋转模型中，但它在磁场放大中只起很小的作用。电阻率的另一个影响是对纵横比的影响。在旋转的情况下，一个大的喷射物质的纵横比，$> 2.5$，在一个理想的MHD模型中获得的电阻模型在一定程度上减少。这些结果表明，电阻率可能在强磁化超新星的动力学中起着重要的作用。
2013-01-23 astro-ph.HE astro-ph.SR
Relativistic low angular momentum accretion in 3D
利用完全相对论性数值模拟方法研究了物质在Schwarzschild或Kerr黑洞上的低角动量吸积。我们的目标是把气体和黑洞的旋转以及磁场的存在都包括进来。我们比较的跨音速流的结构与非磁化流的一维伪牛顿半解析计算的结果。
2016-02-23 astro-ph.HE
Three-dimensional dynamics of strongly twisted magnetar magnetospheres: Kinking flux tubes and global eruptions
本文通过三维磁层扭曲模拟揭示磁星通量管的扭结与全局爆发机制，解释不同能量X射线爆发并为快速射电暴供能模型提供坡印廷通量外流。
2023-04-25 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
The azimuthal structure of magnetically arrested disks during flux eruption events
National and Kapodistrian University of Athens（雅典国立卡波蒂斯坦大学）；Academy of Athens（雅典科学院）
通过分析三维广义相对论磁流体动力学模拟数据，研究了磁囚禁盘在磁通爆发事件期间方位角结构的演化和非轴对称特征，发现低阶方位角模（m=2和m=1）主导视界附近物质分布，并揭示了垂直磁通管形成与抛射的物理过程。
2026-04-15 astro-ph.HE gr-qc
The baryon content of magnetically arrested black hole disks and jets
Columbia University（哥伦比亚大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）；University of Toronto（多伦多大学）；Tel Aviv University（特拉维夫大学）
研究揭示了磁性冻结黑洞喷流中重子加载的周期性机制及电荷贫乏现象，为喷流组成和非热辐射提供理论依据。
2026-08-28 astro-ph.HE
Magnetized discs and photon rings around Yukawa-like black holes
我们提出了固定的解决方案的几何厚盘（或环面）赋予一个自洽的环形磁场分布周围的非旋转黑洞的分析，静态，球对称$f(R)$重力背景。这些$f(R)$重力模型引入了一个Yukawa的修改牛顿的潜力，编码在一个单一的参数$δ$，它控制的强度修改后的潜力和其具体的值影响磁盘配置相比，广义相对论的情况下。我们的模型跨越不同的磁场强度，从纯流体动力盘高度磁化环面。通过分析中心密度、质量、几何尺寸、角尺寸以及黑洞与史瓦西时空的度规偏差，确定了解的特征。在广义相对论极限（$δ=0$）下，我们的模型再现了史瓦西黑洞的先前结果。对于小的$δ$参数值，对应于$\sim 10\%$偏离广义相对论，我们发现$\sim 2 \%$的变化在事件视界的大小，一个$\sim 5\%$位移的内边缘和中心的光盘的位置，而外边缘增加$\sim 10\%$。然而，我们对$|δ|>0.1$的分析揭示了黑洞时空解的显著变化，这些变化对圆盘的形态和几何性质产生了重大影响。与广义相对论的比较，进一步研究通过计算的光子环的大小位于无穷远的源。这使我们能够根据事件视界望远镜对M87和SgrA $^*$中光环大小的观测，对$f(R)$ -引力模型的参数进行约束。
2021-06-04 astro-ph.HE gr-qc
Magnetic seed generation by plasma heat flux in accretion disks
本研究针对施瓦西黑洞吸积盘，提出热流驱动的磁种子生成新机制，通过3+1形式体系分析非理想流体效应，发现热流与时空曲率等的耦合可驱动初始零磁场线性增长，且在涡度为零处热流主导磁场生成。
2024-11-20 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
Orbital widening due to radiation reaction around a magnetized black hole
在磁化黑洞的稳定圆轨道上运动的带电粒子，受到辐射作用后，其轨道半径会从黑洞向外移动。这种效应会导致在无穷远处静止的观察者测量到的粒子的能量和角动量增加。本文证明了这种轨道的“加宽”与场的位形无关，但它只出现在外部洛伦兹力从黑洞向外作用的情况下。该条件对应于$q L B > 0$，其中$q$和$L$是粒子的电荷和角动量，$B$是外部磁场的强度。作为轨道加宽的例子，我们考虑了两种情况，一种是外部均匀磁场，另一种是由史瓦西黑洞周围的电流回路产生的磁偶极子场。我们表明，轨道加宽是伴随着准谐波振荡的粒子是相当大的磁偶极子场。我们还估计了轨道加宽的时间尺度，由此得出，这种效应在恒星质量的黑洞附近是相关的。
2018-06-18 astro-ph.HE gr-qc
Transition from Regular to Chaotic Circulation in Magnetized Coronae near Compact Objects
在黑洞和致密恒星上的吸积将物质带入强引力场和电磁场的区域。本文研究了在强引力和大尺度（有序）磁场作用下形成高度稀释介质（日冕）的带电粒子运动的动力学性质。我们从一个允许规则运动的系统开始研究，然后我们专注于混沌的开始。为此，我们研究了一个旋转黑洞浸没在一个弱的，渐近均匀的磁场的情况。我们也考虑一个磁星，近似的史瓦西度规和一个测试磁场的旋转偶极子。这是两个典型的例子，系统允许能量约束，偏离赤道运动的物质被限制在环绕中心体的晕瓣中。我们的方法使我们能够解决的问题，是否自旋参数的黑洞发挥任何主要作用，在确定的程度混乱。为了表征运动，我们构造了递归图（RP），并将其与Poincaré曲面的截面进行了比较。我们描述的递归图的递归量化分析（RQA），这使我们能够识别不同的动力学制度之间的过渡。我们证明了这种新技术能够非常有效地检测混沌的发生，并提供其定量测量。混沌通常发生在守恒能量被提升到足够高的水平，允许粒子穿过赤道平面时。我们发现，黑洞自旋在设置混沌中的作用比最初想象的要复杂得多。
2010-08-27 astro-ph.HE
Charged particle dynamics in the surrounding of Schwarzschild anti-de Sitter black hole with topological defect immersed in an external magnetic field
研究了具有拓扑缺陷的Schwarzschild反德西特黑洞（BH）事件视界附近带电粒子的测地线运动。在黑洞周围考虑了弱磁化环境，它只影响粒子的运动，而不影响黑洞的几何形状。因此，粒子受到重力和电磁力的影响。我们探讨了磁场对粒子轨道的影响，更重要的是对最内层稳定圆轨道位置的影响。观察到BH周围粒子的运动轨迹是混沌的。讨论了粒子在重力磁力作用下的逃逸条件。此外，还研究了粒子在有无磁场作用下的逃逸速度及其不同特征。详细讨论了暗能量对黑洞事件视界大小、黑洞质量和粒子轨道稳定性的影响。这些研究可以用来估计相对论喷流的功率起源于BH附近。
2021-10-26 astro-ph.HE gr-qc
Relativistic Feynman-Metropolis-Teller Equation of State for White Dwarfs in presence of Magnetic Field
将压缩原子的相对论Feynman-Metropolis-Teller处理推广到磁化物质。每种原子构型都被限定在一个Wigner-Seitz盒中，其特征在于正电子费米能随磁场的变化很小。在相对论处理中，当Wigner-Seitz盒半径等于具有最大电子费米能的原子核半径时，由于Wigner-Seitz盒中电子的朗道量子化效应，达到了在有磁场存在时不能达到的极限位形。这种处理的实施，以发展状态方程的磁化白矮星存在库仑屏蔽。通过求解广义相对论流体静力学平衡方程，采用适合于非自转和慢自转恒星的史瓦西度规描述，得到了磁化白矮星的质量-半径关系。本文考虑了密度相关的磁场的磁能密度和压力的显式效应，以确定磁化超巨磁层白矮星的稳定位形。
2019-07-30 astro-ph.HE nucl-th
Shadow of black hole surrounded by magnetized plasma: Axion-plasmon cloud
通过利用黑洞的极端环境作为轴子-光子相互作用的潜在场所，我们使用磁化等离子体的轴子产生模型来研究浸入轴子-等离子体云中的渐近平坦旋转黑洞的阴影.通过揭示黑洞阴影中轴子的足迹，本文探讨了固定轴子-等离子体激元背景对入射光子在旋转黑洞周围运动的影响。在一些自由参数设置下，我们发现旋转BH周围的轴子等离子体云会影响阴影的形状和大小，其作用与非磁化等离子体和标准真空溶液是有区别的。通过被限制到高旋转BH，我们表明BH阴影的大小随着轴子-等离子体激元耦合的增强而增加。有趣的是，我们的分析表明，随着轴子的质量越来越重，它可以在阴影上留下自己的微妙印记。相反，在非旋转极限（史瓦西），通过恢复BH阴影形状的球对称性，它的大小减小。在协调的阴影大小的变化趋势，从BH被磁化等离子体包围的能量发射的调查表明，从旋转BH的最大能量发射率在轴子等离子体云的存在下增加相比，非磁化等离子体和真空解决方案。随后，通过放松旋转，轴子等离子体云导致BH的能量发射率降低。
2022-11-01 astro-ph.HE gr-qc hep-th
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
Magnetized accretion disks around Kerr black holes with scalar hair - I. Constant angular momentum disks
随着引力波通道和电磁波通道中新的观测数据的收集，测试黑洞的真实性质--无毛假设--将在未来几年变得越来越精确。本文研究了具有同步标量头发的Kerr黑洞的数值生成时空，并建立了它们周围磁化厚盘（或环面）的稳态模型。我们的方法假设圆盘不是自引力的，它们服从多方状态方程，它们的比角动量的分布是恒定的，并且它们是边缘稳定的，即圆盘完全填满它们的罗氏瓣。此外，与文献中现有的方法相反，我们的模型是热力学相对论的，因为流体的比焓可以采用显著大于1的值。我们研究了吸积环的形态和性质对所考虑的黑洞类型的依赖关系，从具有不同自旋参数的纯Kerr黑洞，即从Schwarzschild黑洞到接近极值Kerr黑洞，再到具有不同ADM质量和视界角速度的标量头发的Kerr黑洞.两种类型的黑洞的磁盘属性之间的比较。在这项研究中讨论的磁化，平衡盘模型的序列可以被用来作为初始数据的数值相对论代码，以调查其动态（非线性）的稳定性，并与射线跟踪代码串联使用，以获得合成图像的黑洞（即阴影）在天体物理学相关的情况下，光源是由一个发射吸积盘。
2018-11-28 astro-ph.HE gr-qc
Influence of a plasma on the shadow of a spherically symmetric black hole
我们解析地计算了等离子体对黑洞（或其他致密物体）阴影的影响。我们限制到球对称和静态的情况下，阴影是圆形的。假定等离子体是无磁化的，无压力的，我们导出了非特定球对称静态时空中球对称等离子体密度的一般公式。形式主义不仅适用于黑洞，而且，例如，到虫洞作为基本时空模型的例子，我们考虑史瓦西时空和埃利斯虫洞。特别是，我们对待的情况下，等离子体是在径向自由降落从无穷大到史瓦西黑洞。讨论了实际观测等离子体对超大质量黑洞阴影影响的前景。
2015-11-11 astro-ph.HE gr-qc
Polarized image of equatorial emission in horizonless spacetimes: naked singularities
本文研究了弱和强裸Janis-Newman-Winicour奇异点周围吸积盘的线偏振。本文考虑一个在赤道平面内绕轨道运行并发射同步辐射的磁化流体薄环的解析玩具模型。计算了观测到的偏振图像，并与Schwarzschild黑洞的物理参数兼容的射电源M87进行了比较。对于小的倾角，弱裸奇点的直接像非常接近史瓦西黑洞。如果我们考虑更大的倾斜角或更高阶的图像，偏振特性的偏差会增加，因为对于间接图像，偏振强度在幅度上比黑洞增加几倍。强裸奇点在直接图像中已经产生了显著的观测特征。他们创建了第二个图像的流体环与倍更大的偏振强度和偏振方向的特征扭曲。由于这种额外的结构，它们可以在偏振实验中区分。
2023-03-26 astro-ph.HE gr-qc
Dependence of linear polarization of radiation in accretion disks on the spin of central black hole
我们假设线性光学偏振是由于围绕中心黑洞的光学厚磁化吸积盘中的多次散射引起的。极化度对黑洞的自旋非常敏感，当两个黑洞的光度和质量相同时，Kerr旋转黑洞的极化度比Schwarzschild非旋转黑洞的极化度高。这种效应的原因是不旋转的Kerr洞的第一稳定轨道半径等于3个引力半径，而快速旋转的Kerr洞的第一稳定轨道半径约为引力半径的1/6。从第一稳定轨道开始逐渐减小的磁场在Schwarzschild洞的光辐射逃逸区域比Kerr洞的大得多。由于法拉第旋转效应，大的磁场引起辐射的大的去极化。这就解释了上述结果。看来，观测到的偏振物体的集合主要由克尔黑洞组成。
2010-11-09 astro-ph.HE astro-ph.SR
Spin Precession in magnetized Kerr spacetime
本研究解析分析磁化克尔时空中测试陀螺仪的自旋进动，发现磁场会修正进动频率的衰减规律，其特征差异可用于区分黑洞与裸奇点，为强磁环境下的黑洞观测提供可检验预言。
2025-07-16 astro-ph.HE gr-qc hep-th
GRMHD Simulations of Accreting Proto-Magnetars I. Implications for Gamma-Ray Burst Jets and Energetic Explosions
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）；Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute（计算天体物理学中心，西蒙斯数据科学研究所）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Canadian Institute for Theoretical Astrophysics, University of Toronto（加拿大理论天体物理研究所，多伦多大学）
通过GRMHD模拟吸积原磁星，揭示其可产生对应长GRB等的喷流与外流，磁层-盘相互作用及偶极场强度会影响喷流特性与自旋演化。
2026-09-02 astro-ph.HE
Polarized equatorial emission and hot spots around black holes with a dark matter halo
本研究模拟带暗物质晕的黑洞吸积盘极化，发现直接图像偏差小于1%，间接图像偏差小于10%，表明探测暗物质影响极具挑战。
2025-03-27 astro-ph.HE gr-qc
The Interplay between accelerated Protons, X-rays and Neutrinos in the Corona of NGC 1068: Constraints from Kinetic Plasma Simulations
本研究利用动理学PIC模拟约束，探讨了NGC 1068日冕中产生中微子超出的质子加速机制，发现需向磁主导日冕注入硬谱质子并经限制与再加速才能解释IceCube观测。
2024-04-24 astro-ph.HE
Spinning charged test particle dynamics around a Schwarzschild black hole embedded in a homogeneous magnetic field
Astronomical Institute of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院天文研究所）；Research Centre for Theoretical Physics and Astrophysics, Institute of Physics, Silesian University in Opava（奥帕瓦西里西亚大学物理学院理论物理与天体物理研究中心）；Department of Physics, University of Thessaly（色萨利大学物理系）
本文研究嵌入均匀磁场的史瓦西黑洞周围自旋带电试验粒子的动力学，通过数值与解析方法分析赤道及非赤道运动，揭示混沌行为并区分两类相互作用的贡献。
2026-05-03 astro-ph.HE gr-qc
Radiation reaction in weakly magnetized black holes: can the tail term be ignored in the strong field regime?
本文研究弱磁化 Schwarzschild 黑洞周围圆周带电粒子的辐射反作用，结合解析与数值能通量计算证明非局域尾项通常不可忽略，并发现视界主导效应。
2024-06-14 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Effect of a Weak Electromagnetic Field on Particle Acceleration by a Rotating Black Hole
研究了旋转黑洞周围电磁场中视界附近的高能带电粒子碰撞，揭示了获得任意大质心能量的微调条件.我们证明了当一个带电粒子从最内层稳定圆轨道（ISCO）坠落并在视界附近与另一个粒子碰撞时，当均匀磁化旋转的黑洞任意接近最大旋转时，CM能量可以任意大.最近，Frolov [Phys. Rev. D 85，024020（2012）]提出，如果磁场任意强，当粒子与在均匀磁化的史瓦西黑洞的视界附近以有限能量绕ISCO轨道运行的带电粒子碰撞时，CM能量可以任意高。我们表明，带电粒子轨道ISCO周围的旋转黑洞需要任意高的能量在强场限制。这表明弗罗洛夫的过程对黑洞的旋转是不稳定的。尽管如此，我们看到磁场可能会大大提高旋转黑洞在天体物理学情况下作为粒子加速器的能力。
2012-02-22 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Isotropic and anisotropic neutron star structure in 4D Einstein Gauss Bonnet Gravity
本文在4D EGB引力框架下研究耦合常数、强磁场和各向异性对中子星结构的影响，发现最大质量与半径随耦合常数增大而增大，但在各向异性磁化情形下并不总是随内部磁场增强而增大。
2024-02-21 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Simulations of substructures in relativistic jets
本文用Fortran 90语言编制了一套新的程序，模拟了吸积盘初始状态下的相对论性喷流，得到了固定黑洞时空中广义相对论性磁流体动力学（GRMHD）偏微分方程组的数值解，能够显示喷流内部子结构的形成以及吸积盘上波瓣的形成.为此，实现了无维分裂和无Riemann解的有限体积法的中心格式（Nessyahu-Tadmor方法）。因此，我们能够获得稳定的数值解与寄生振荡的控制下，没有过多的数值耗散。我们设置了一个磁化的吸积盘，它围绕着一个浸没在磁层中的中心Schwarzschild BH，在BH半径的近20倍的距离上，以喷流的形式演化为物质的喷射。
2015-12-16 astro-ph.HE gr-qc
The SANE, the MAD, and the Chimera
School of Natural Sciences, Institute for Advanced Study（高等研究院自然科学学院）；Princeton Gravity Initiative, Princeton University（普林顿大学引力倡议）；Princeton University（普林斯顿大学）
研究非辐射黑洞吸积流，通过三维广义相对论磁流体动力学模拟比较SANE流（弱磁化）、标准MAD流及嵌合流，揭示嵌合流特性，表明类似MAD行为由多因素动态耦合决定，且可依吸积历史和磁通量供应区分结果。
2026-07-10 astro-ph.HE
Pulsed fraction of super-critical column accretion flows onto neutron stars: modeling of ultraluminous X-ray pulsars
基于Kawashima等人的模拟结果，计算了磁轴与自转轴不重合的磁化中子星（NS）上超临界柱吸积流的脉冲分数（PF）. (2016，PASJ，68，83）.在这里，我们求解史瓦西时空中光的测地线方程，以考虑光的弯曲效应。引力红移和相对论性多普勒效应的气体运动的吸积柱也被纳入。脉冲发射的出现是因为观测到的亮度，它超过了恒星质量黑洞的爱丁顿亮度，通过NS旋转引起的柱的进动而周期性地变化。PF倾向于随着$θ_{\rm obs}$接近$θ_{\rm B}$而增加，其中$θ_{\rm obs}$和$θ_{\rm B}$是观察者的视角和从旋转轴测量的磁轴的极角。最大PF约为50%。此外，我们发现对于$θ_{\rm obs} \lesssim 5^\circ$或对于$θ_{\rm B} \lesssim 5^\circ$，PF变得小于5%。我们的结果与超铝X射线散射体（ULXP）的观察结果一致，只有少数例外，因为ULXP大多表现出$\lesssim$ 50%的PF。我们目前的研究支持的假设，ULXPs是由超临界柱吸积到NS。
2020-03-17 astro-ph.HE
Coupling between gravitational and electromagnetic perturbations on Kerr Spacetime
HEPCOS, Physics Department, SUNY at Buffalo（纽约州立大学布法罗分校高能物理与宇宙学中心）
本文研究了Kerr时空上引力与电磁扰动的耦合，推导了二次电磁源项，并探讨了GEM二次quasinormal modes在天体物理中的应用及对引力-电磁耦合的测试方法。
2025-11-25 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
The relativistic outflow driven by the large-scale magnetic field from an accretion disk
本文建立广义相对论MHD公式描述吸积盘大尺度磁场驱动的外流，约束初始等离子体β范围，并指出AGN、XRB和GRB喷流均需强磁化高温初始条件。
2025-03-15 astro-ph.HE
Cyclic Zoom: Multiscale GRMHD Modeling of Black Hole Accretion and Feedback
提出循环缩放方法，通过粗化与细化循环及中心掩膜处理，在GRMHD模拟中高效捕获黑洞吸积的多尺度动力学，加速超10^5倍，并验证于多种吸积模型及长期演化。
2025-07-09 astro-ph.GA astro-ph.HE
The Jet in the Galactic Center: An Ideal Laboratory for Magnetohydrodynamics and General Relativity
本文回顾和讨论了银河系中心超大质量黑洞候选者Sgr A* 的一些有趣的性质。在所有可能的黑洞源中，Sgr A* 的事件视界对着天空中最大的角标度。因此，它是一个主要的候选人，研究和图像等离子体过程中的强引力，它甚至允许成像的阴影所投下的事件视界。最近的毫米波VLBI和无线电定时观测以及数值GRMHD模拟现在已经提供了几个突破，使Sgr A* 重新成为焦点。首先，VLBI观测现在已经在多个频率上测量了Sgr A* 的固有大小，其中最高频率的测量已经接近黑洞阴影的尺度。此外，对无线电变化的测量显示，在22 GHz和43 GHz之间存在明显的时间滞后。大小和定时测量的组合，允许一个实际测量的流动速度和方向的磁化等离子体在几十个史瓦西半径。这些数据强烈支持一个适度的相对论外流，加速射流模型一致。这是比较最近的GRMHD模拟，显示存在一个适度的相对论流出耦合到吸积流Sgr A*。进一步的VLBI和定时观测与模拟相结合，有可能绘制出5-40史瓦西半径的速度分布图，并提供在事件视界附近出现的喷流盘系统的第一个一瞥。未来的亚毫米VLBI实验甚至能够直接对强引力下的这些过程进行成像，并直接确认事件视界的存在。
2010-10-25 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Energy Extraction from Spinning Stringy Black Holes
本文首次对弦论Kerr-Sen时空黑洞进行磁化等离子体数值模拟，验证BZ机制在替代引力理论中仍有效，并发现非旋转弦论黑洞可通过吸积释放引力势能产生比史瓦西黑洞强约250%的外流，且其近极端非Kerr黑洞可被视界尺度干涉图像排除。
2023-10-30 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Innermost stable circular orbit near dirty black holes in magnetic field and ultra-high energy particle collisions
本文研究了轴对称黑洞在“脏”（被物质包围）附近磁场中的最内层稳定圆轨道（ISCO）的行为。分析了近极值、极值和非极值黑洞的情形。对于非旋转黑洞，在强磁场中，ISCO接近视界（当忽略磁场对几何的反作用时）。旋转破坏了这种现象。在主近似下，ISCO的角动量和半径看起来与模型无关。我们还研究了在质心系中两粒子碰撞产生的超高能量$E_{c.m.}$。两种情况被认为是-当一个粒子移动的近地平线ISCO或碰撞发生在地平线上，一个粒子的能量和角动量典型的ISCO。如果磁场足够强，黑洞旋转缓慢，那么$E_{c.m.}$可以变得任意大。讨论了高能碰撞的动力学。作为一个例子，我们考虑磁化史瓦西黑洞的任意强度的字段（恩斯特解决方案）。结果表明，磁场对几何结构的反作用可以约束$E_{c.m.}$的生长。
2015-09-06 astro-ph.HE gr-qc hep-th
