基于数值模拟研究黑洞X射线双星甚高态/中间态的黑洞吸积模型

One of the unresolved problems in high energy astrophysics is the accretion disk model for the very high/intermediate state of black hole X-ray binaries. Observationally, very high/intermediate state is formed when the accretion rate is increased from the hard state. The accretion disk model for hard state is hot accretion flow. At high accretion rate, hot accretion flow is thermally unstable. We expect with thermal instability, two phase accretion flow include both hot and cold gas may be formed. Two-phase accretion flow may be possible to explain the observations of very high/intermediate state. We plan to use numerical simulations to study the hot accretion flow at high accretion rate with thermal instability. We also plan to use Monte Carlo simulations to calculate the spectrum of two-phase accretion flow in order to explain observations of the very high/intermediate state of black hole X-ray binaries.

高能天体物理中一个重要的未解决的问题是黑洞双星的甚高态/中间态的吸积模型。观测上，甚高态/中间态是在硬态基础上光度进一步增高导致的。由于硬态的标准模型一般认为是黑洞热吸积流，因此甚高态/中间态的模型应该是热吸积流增加吸积率导致的。本课题计划研究甚高态/中间态的理论模型，具体课题是用三维磁流体力学数值模拟来研究高吸积率下热吸积流的演化。由于热吸积流的热不稳定性，我们预期，吸积率的增高会导致冷的云团的形成，进而形成冷热相共存的两相吸积流。我们将研究这种吸积流的动力学，并利用模拟数据、用蒙特卡洛方法计算其辐射谱，用于解释甚高态/中间态的观测。

本项目的研究内容是基于数值模拟研究黑洞X射线双星中间态/甚高态的吸积模型。我们已经按照研究计划进行了研究，研究成果已正式发表。黑洞X射线双星处于低硬态的时的吸积模型是黑洞热吸积流。随着吸积率的升高，黑洞热吸积流的辐射增强。当吸积率升高至约百分之一爱丁顿吸积率时，双星系统将进入软态。态转变时的热吸积流就是中间态的吸积流。我们通过辐射流体数值模拟研究了中间态的吸积流模型。我们发现，对于中间态的吸积流，由于辐射强，气体温度远低于维理温度。失去了气体压的推动，外流消失，吸积率变成半径的常数。. 除了计划书中的内容外，我们还开展了研究计划外的其他课题的研究，包括，磁场对于热吸积流外流的影响、parsec尺度上的热吸积流外流、中子星的热吸积流、活动星系核在parsec尺度上的反馈、活动星系核中两相内流等。