黑洞磁吸积盘的结构、稳定性分析及应用

数值模拟发现黑洞吸积盘中不仅存在紊乱的小尺度磁场，也可能存在较为有序的大尺度磁场。磁场对吸积流的压强、粘滞、辐射等可产生重要贡献，从而它有可能给吸积盘的结构和稳定性带来实质性的改变。我们准备从磁吸积流的基本方程组出发，采用理论分析与数值计算相结合的方法，对黑洞磁吸积盘的整体结构、稳定性、高能辐射等展开一系列的研究。我们计划分别对光学薄和光学厚两种情形下的磁吸积盘进行研究。依据初步分析，对光学薄情形，我们预期可得到比径移主导吸积流温度低但辐射光度有所提升的磁吸积盘，它有可能解释一些处于硬态且光度较高的X射线双星。对光学厚情形，我们预期磁场对标准薄盘内区的热不稳定性会有所抑制，从而发生热不稳定所对应的质量吸积率将随之提升。这有可能解释一些处于软态、高光度且稳定的X射线双星，并有利于通过含时演化计算从处于高态和低态的光度比和周期比两方面来解释微类星体GRS 1915+105的准周期光变。

在过去的三年里，我们研究了黑洞磁吸积盘的结构和辐射，包括光子辐射主导和中微子辐射主导的盘。首先，我们用线性分析研究了磁吸积盘的热稳定性。基于磁场随温度扰动的负反馈假定，我们发现热稳定盘所对应的吸积率上限相比无磁场情形有显著的提升，这可以解释观测到的高光度X射线双星的稳定状态。我们的模型也对为何仅有GRS 1915+105这个X射线双星表现出热不稳定的行为给出了一种可能的解释。其次，我们采用线性分析含时演化的能量方程的方法，并借助于垂向流体静力学平衡和物态方程，研究了标准薄盘的物理量的涨落关系。我们发现一些数值模拟结果可以通过我们的线性分析结果来很好理解，例如磁场能量与辐射场能量之间的时延、功率谱关联、相关性等。再则，我们研究了中微子冷却吸积盘并考虑了吸积盘内区与中心黑洞的磁耦合。我们的结果显示该磁耦合机制可以显著提高中微子的湮灭光度。在此情形下，伽玛暴瞬时辐射后的剩余盘是足以提供观测到的多数X射线耀发的能量。..此外，我们还在辐射压支持的吸积盘的结构和对流稳定性、球状星团里中等质量黑洞的存在性、吸积盘的热稳定性、伽玛暴的喷流进动所对应的引力波辐射等方面取得了一些研究进展。..在项目的执行期间，我们共发表了15篇SCI论文，其中12篇发表在ApJ、MNRAS和A&A上。