短暴对应中微子主导吸积盘的盘质量

短暴最有可能起源于双致密星并合.因为这种情形产生的吸积盘较小,持续时间可以和短暴的持续时标相当.模拟结果显示,双星并合产生的吸积盘质量远低于双星质量的总和.本文利用现有的观测数据,估算了恒星级黑洞周围中微子主导吸积盘的质量.结果显示,短暴吸积盘质量的估算主要取决于它的喷流能量和张角及黑洞的质量和自旋.一些短暴要求具有很大质量的吸积盘,这个数值已经达到甚至超过了模拟的最大值.我们认为,可能存在其他的电磁动力学过程或者其他的机制可以提高中微子辐射效率,从而提供短暴爆发所需要的能量.     

黑洞磁化薄吸积盘的热稳定性

首先回顾了吸积盘理论产生的背景和研究概况.自从1991年Balbus和Hawley揭示了磁转动不稳定性(MRI)在较差转动流体系统中的重要性之后,磁场逐渐成为吸积盘理论研究所不可回避的成分.因此在标准薄盘模型的框架下,引入了环向磁场.假设在热扰动发生的时标内局部环向磁通量守恒,具体分析了当环向磁场参与到吸积盘垂向流体静力学平衡以及粘滞产热等过程之后,对盘的热稳定性所产生的影响.结果显示:当磁压在总压强中所占比例高于24%时,对任意的吸积率吸积盘都将呈现出热稳定性.这一结果有别于传统薄盘在辐射压主导情况下是热不稳定的结论,可以用于解释部分高光度X射线双星系统中缺少相应光变的观测事实,以及有助于理解近年来磁化吸积盘数值模拟中的一些结果.     

MHD吸积盘上两种能量转移机制的比较

MHD张力在黑洞吸积盘模型的角动量转移上扮演重要的角色，大尺度上的MHD力矩促进吸积盘垂直向的角动量转移，并出现与吸积相关的各种流的普遍现象，而且能够影响吸积盘的辐射谱。在标准吸积盘辐射模型的基础上，考虑坡印廷流主导（Poynting-fluxdominated）和物质流主导（Mass—fluxdominated）（质量吸积率随吸积盘的半径而变化），对吸积盘辐射产生的变化。理论表明两种主导因素对标准吸积盘的辐射能够产生很好的修正。同时两种主导模型之间也存在着一定的差别。坡印廷流主导的盘产生的辐射峰值频率比物质流主导的要高。物质流主导的吸积盘产生的辐射谱型在低频部分要比坡印廷流主导的要平坦。     

自引力均分吸积盘的不稳定性

采用微扰方法导了磁粘滞情况下自引力均分薄吸积盘的色散方程研究了吸积秀斩不稳定性，并分析了自引力，磁场，粘滞对吸积盘不稳定性的影响，数值计算表明，在同时考虑自引力和磁场时，吸积盘存在着３种振荡模式（总是稳定的粘滞横模式和通常不稳定的磁声模式及中性模式）这些结果为解释ＢＬ．Ｌａｃ天体，Ｓｅｙｆｅｒｔ星系，类星体等活动星系核的光变现象提供了理论依据。     

史瓦西黑洞外中微子主导吸积盘的质量

选取2005年1月—2016年12月期间具有X射线余辉观测的16个γ射线暴的短暴数据样本,估算史瓦西黑洞外中微子主导吸积盘的质量,发现大部分盘的质量远大于模拟的最大值。这个结果表明,短暴要求更大质量的吸积盘,即史瓦西黑洞的吸积不足以提供多数短暴能量,短暴爆发所需要的能量可能需要黑洞的自旋或其他的电磁动力学过程来提供。     

相对论电子在螺旋磁场中的辐射

从运动荷电粒子产生的流出发 ,导出相对论电子和相对论电子集在等离子体及真空情况下曲率辐射的能量谱及辐射总能量 ,分析了等离子体对辐射的影响 .并着重用曲率辐射公式讨论了在磁流体吸积盘的特殊螺旋强磁场中的辐射特点 .     

活动星系核吸积盘辐射的研究

在标准吸积盘辐射模型的基础上,考虑了不同的质量吸积率、不同的无量纲旋转参数a(中心黑洞为克尔黑洞)、最小稳定轨道半径处存在的约束(产生一个矩)和吸积盘表面磁场的存在(喷流辐射与吸积盘辐射之间存在一定的耦合)对吸积盘辐射的影响。结果表明,中心黑洞为正旋转的克尔黑洞比史瓦西黑洞辐射的峰值及峰值频率大,负旋转的克尔黑洞比史瓦西黑洞辐射的峰值及峰值频率小,质量吸积率越大峰值和峰值频率变大,无量纲黑洞旋转参数a越大峰值与峰值频率越大,喷流辐射能量和吸积盘辐射能量之比越大峰值和峰值频率越小,辐射效率越大峰值和峰值频率越大。     

圆盘形石墨烯量子点电子能态的尺寸效应

通过数值求解电子的狄拉克方程研究了半径为R的圆盘形石墨烯量子点的电子能谱,获得了扶手型和锯齿型两种边界的石墨烯量子盘在有、无外加磁场下电子的能级随量子盘半径的变化关系.研究发现,无外加磁场时,电子能级随着量子盘半径的增大而降低,半径越小,降低得越快;在有磁场时,扶手型量子盘出现了简并的最低朗道能级,且半径越大,简并度越高;在有磁场时,锯齿型量子盘随着半径的增大量子数m为正值的能态减少,m为负值的能态增多,即能谱图中出现了能谱往左边倾斜的现象.     

标准薄盘径移速度对谱线轮廓影响研究

 在考虑标准薄盘流体元径移速度的情况下,推导出Kerr黑洞附近吸积盘的观测谱线流量的一般计算式.利用光子追踪法,计算不同参数条件下薄吸积盘的谱线轮廓,通过比较考虑径移速度vr和忽略径移速度vr=0两种情况下吸积盘的谱线轮廓,得出在多数情况下,径移速度对谱线流量的影响是不可忽略的.     

核心坍缩超新星中心黑洞超吸积在星系尺度上的贡献

核心坍缩超新星(Core-Collapse Supernova,CCSN)是大质量恒星演化末期的爆发现象,产生了宇宙中大多数的中子星和恒星级黑洞等致密天体.爆发可能伴随着强磁场中子星或黑洞超吸积引发的剧烈长时标伽马射线暴.CCSN还被认为是宇宙重元素的主要来源之一.本综述介绍了我们近期对CCSN中心黑洞超吸积过程的系列研究成果,主要包括研究了大质量星系中心附近伽马射线暴余辉阶段,因大量暗物质粒子湮灭电子注入而引发的光变和能谱的形态变化,探讨了其作为暗物质探测手段的可能性;研究了坍缩星框架下,中微子主导吸积流外流对核合成的贡献,及对太阳临近空间、(活动)星系等化学组分和演化的影响;最后,从数值模拟角度讨论了CCSN起源的致密天体质量分布,给出了低质量间隙可能起源于CCSN爆发能量分布的结论.     

反常粘滞吸积薄盘的稳定结构

根据描述吸积盘的流体动力学方程,给出无磁场情况下的质量、动量和能量守恒方程。在所给定方程的基础上,利用新的反常粘滞计算了黑洞周围吸积盘内区的结构。数值结果表明盘内区的气体不是做开普勒旋转,温度随吸积率变化比较明显,在M=10M_⊙,M ^.=100M ^._E的情况下,吸积盘的最大温度可达到3.35×10⁷K。 同时文中也给出了面密度和径向速度的分布规律。     

Direct detection of a magnetic field in the innermost regions of an accretion disk

Models predict that magnetic fields play a crucial role in the physics of astrophysical accretion disks and their associated winds and jets. For example, the rotation of the disk twists around the rotation axis the initially vertical magnetic field, which responds by slowing down the plasma in the disk and by causing it to fall towards the central star. The magnetic energy flux produced in this process points away from the disk, pushing the surface plasma outwards, leading to a wind from the disk and sometimes a collimated jet. But these predictions have hitherto not been supported by observations. Here we report the direct detection of the magnetic field in the core of the protostellar accretion disk FU Orionis. The surface field reaches strengths of about 1 kG close to the centre of the disk, and it includes a significant azimuthal component, in good agreement with recent models. But we find that the field is very filamentary and slows down the disk plasma much more than models predict, which may explain why FU Ori fails to collimate its wind into a jet.     

Circular polarimetry reveals helical magnetic fields in the young stellar object HH 135-136

Magnetic fields are believed to have a vital role in regulating and shaping the flow of material onto and away from protostars during their initial mass accretion phase. It is becoming increasingly accepted that bipolar outflows are generated and collimated as material is driven along magnetic field lines and centrifugally accelerated off a rotating accretion disk. However, the precise role of the magnetic field is poorly understood and evidence for its shape and structure has not been forthcoming. Here we report imaging circular polarimetry in the near-infrared and Monte Carlo modelling showing that the magnetic field along the bipolar outflow of the HH 135-136 young stellar object is helical. The field retains this shape for large distances along the outflow, so the field structure can also provide the necessary magnetic pressure for collimation of the outflow. This result lends further weight to the hypothesis--central to any theory of star formation--that the outflow is an important instrument for the removal of high-angular-momentum material from the accretion disk, thereby allowing the central protostar to increase its mass.     

磁场从黑洞吸积盘提取能量的解析模型

提出了一种磁场提取黑洞吸积盘能量的解析模型,其中涉及到3种能量机制: (1) Blandford-Znajek (BZ)与连接黑洞与天体物理负载的开放磁力线有关, (2) 磁耦合(MC)过程与连接黑洞与盘负载的闭合磁力线有关, (3) DL过程与连接吸积盘与天体物理负载的开放磁力线有关.利用等效电路导出上述能量机制的电磁功率和力矩表达式.此外还讨论了这个模型潜在的天体物理应用.     

利用反常粘滞研究吸积盘的脉动不稳定性

从磁流体动力学方程组出发,用微扰法得出含反常粘滞、反常阻抗、环向磁场和垂向磁场的吸积盘的色散方程。在弱磁场情况下,数值计算结果表明盘内区存在1种不稳定的单调模式和3种稳定的单调模式,磁场对单调不稳定性表现为非稳因素。随着磁场的增强,单调模式消失,盘内出现4种轴对称振荡模式,其中两种振荡模式是脉动稳定的,环向磁场对其表现为非稳因素,垂向磁场对其表现为致稳因素;另两种振荡模式在波数比较小时是不稳定的,随着波数的增大,这两种模式也是脉动稳定的,环向磁场和垂向磁场分别对他们表现为致稳因素和非稳因素。     

The magnetic nature of disk accretion onto black holes

Although disk accretion onto compact objects-white dwarfs, neutron stars and black holes-is central to much of high-energy astrophysics, the mechanisms that enable this process have remained observationally difficult to determine. Accretion disks must transfer angular momentum in order for matter to travel radially inward onto the compact object. Internal viscosity from magnetic processes and disk winds can both in principle transfer angular momentum, but hitherto we lacked evidence that either occurs. Here we report that an X-ray-absorbing wind discovered in an observation of the stellar-mass black hole binary GRO J1655 - 40 (ref. 6) must be powered by a magnetic process that can also drive accretion through the disk. Detailed spectral analysis and modelling of the wind shows that it can only be powered by pressure generated by magnetic viscosity internal to the disk or magnetocentrifugal forces. This result demonstrates that disk accretion onto black holes is a fundamentally magnetic process.