黑洞的吸积、喷流以及活动星系核反馈

黑洞天体物理是当前天体物理研究的一个重要方向，黑洞吸积以及喷流理论则是黑洞天体物理的核心。本课题计划以黑洞吸积为主线，研究黑洞吸积和喷流理论以及它们在几个方面的具体应用，以及黑洞辐射对周围气体的影响。具体内容包括细盘的动力学和辐射的偏振性质、伽马射线暴中超高吸积率下的吸积盘、活动星系核和黑洞X射线双星的统一理解、间断性喷流形成的磁流体力学数值模拟、间断性喷流形成模型在黑洞的闪耀和伽马射线暴的中心引擎方面的应用、以及黑洞吸积盘的辐射与周围气体的相互作用，即活动星系核反馈。本课题试图从流体和磁流体力学、辐射转移等基本物理理论出发，运用解析的尤其是数值模拟的方法研究上述课题，以试图解释有关的重要观测结果。本课题的实施将有助于我们理解黑洞周围发生的各种物理过程，并对我们运用这些知识研究其他相关的天体物理问题如星系形成和演化等具有重要帮助。

背景 近年来的研究表明，黑洞质量与宿主星系中的核球速度弥散存在强相关。这一观测结果以及其他的理论和观测研究表明，活动星系核与星系演化存在物理上的内在联系，这一联系即称为活动星系核反馈，意思是中心活动星系核的辐射、喷流、风会与星际介质气体相互作用，进而影响星系演化。目前这一方向还比较年轻，属于活动星系核以及星系演化的交叉领域。..主要内容 本项目基于这一背景，研究黑洞吸积与喷流、以及活动星系核反馈这两个方面内容。具体包括：细盘的动力学和辐射、伽马射线暴的吸积盘模型、活动星系核和黑洞X射线双星的统一理解、间断性喷流形成的磁流体力学数值模拟、间断性喷流形成模型在黑洞的闪耀和伽马射线暴的中心引擎方面的应用、以及黑洞吸积盘的辐射与周围气体的相互作用，即活动星系核反馈。本课题试图从流体和磁流体力学、辐射转移等基本物理理论出发，运用解析的尤其是数值模拟的方法研究上述课题，以试图解释有关的重要观测结果。..重要结果 一个最重要的结果是在黑洞吸积方面，对于热吸积流，10几年来一直存在一个争论，即质量吸积流随着半径的降低是由于对流还是外流。这两个意见分别是由美国科学院的两位院士提出的，分别称为CDAF以及ADIOS模型。这一问题争论了很久，国际上著名天体物理学家，包括邵逸夫天文奖获得者等人都卷入争论，一直没有得到解决。我们通过流体、磁流体数值模拟，结合我们的理论分析，首次证明，热吸积流必定存在很强的外流，是外流而不是对流导致了吸积率随着半径的降低。我们还首次在天体物理研究中运用了轨迹线方法，进一步研究了外流的物理性质。这些理论研究在第二年被一个国际团队主导的观测研究证实。该观测研究成果发表在了Science上。..科学意义 这一研究结束了在这一问题上长达10几年的争论，解决了黑洞吸积的一个基础问题。