开放型大尺度磁场对黑洞吸积盘过渡区能量的提取

在黑洞磁层理论的基础上,利用改进的等效电路方法推导出黑洞吸积盘过渡区的喷流功率的表达式(简称TL功率),并进一步比较TL与BZ、DL功率的相对重要性,结果表明:对于低自转黑洞,TL功率比BZ、DL功率明显占优势.此外,利用该文提出的模型获得的TL功率能很好地拟合两个3CRFRI射电星系的强喷流功率.     

检测黑洞双星的自转

基于旋转黑洞能量提取的两种机制,Blandford-Znajek(BZ)和magnetic coupling(MC)的共存模型,提出计算黑洞自转的一种新方法.利用该方法计算了既有射电喷流又有高频准周期振荡的黑洞双星的自转,发现其中心是一个与吸积盘旋转方向相同的快转黑洞,且黑洞自转范围很窄.该方法得到的计算结果与其他方法得到的结果很接近.     

黑洞双星低硬态与喷流成协的模型

提出了黑洞双星与准稳态喷流成协的低硬态模型.把盘冕模型与束缚在盘的磁补丁的开磁力线结合起来,拟合了5个黑洞双星低硬态的谱型;通过调节吸积率和盘冕的外边界和数值计算,验证了处于低硬态的黑洞双星的喷流功率和X射线光度的关系.     

吸积盘中心黑洞的熵变与B—Z过程

分别在薄盘和厚盘两种情况下，详细讨论了纯吸积过程和Ｂ－Ｚ过程中吸积盘中心黑洞的熵变。结果表明，中心黑洞各参量在Ｂ－Ｚ过程中的变化率与在纯吸积过程中的变化率之差与盘结构无关，而且与Ｂ－Ｚ过程的辐射功率成正比。在Ｂ－Ｚ过程中黑洞熵的变化率总是大于纯吸积过程中黑洞熵的变化率，二者之差来自中心黑洞延伸视界上的耗散功率。此外，还讨论了黑洞热力学定律在上述盘吸积过程中的有效性。     

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。     

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。     

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.     

活动星系核喷流进动的物理机制分析

为了研究活动星系核喷流进动的物理机制,从文献中收集到23个有喷流进动周期(P)、B波段绝对星等(Mabs)和黑洞质量(Mbh)数据的活动星系核组成样本.用样本检验吸积盘驱动中心黑洞和喷流进动的盘致进动模型,观测到数据整体上符合理论预期的P、Mabs和Mbh之间的关系,但数据的弥散度较大,吸积盘的黏滞参数需取较大范围才能使理论范围覆盖所有的样本源.喷流进动也可能是由于星系核中心存在超大质量双黑洞.在此双黑洞模型下估算了样本源中双黑洞的距离,并将10个样本源的双黑洞距离和从文献中得到的星系核宽线区尺度对比,显示喷流进动周期大于106年的样本源的双黑洞距离可能大于星系核宽线区尺度.因此通过喷流进动的观测结果可以搜寻超大质量双黑洞候选体和限制双黑洞的参数.高质量的反响映射监测等进一步观测有望检验超大质量双黑洞系统的存在,帮助揭示喷流进动的物理机制.     

正则静态黑洞的薄吸积盘

依照Penrose的宇宙检察猜想,自然界不存在裸奇性.所以,值得进一步考虑的是自然界根本不存在奇性.讨论了没有奇点的正则黑洞,并研究史瓦西黑洞和正则黑洞在天体物理学中的区别.研究围绕正则黑洞的薄吸积盘,比较了不同正则黑洞之间薄吸积盘的能量通量,辐射温度和吸积效率.结果显示,正则黑洞薄吸积盘内的相互作用比史瓦西的更加强.此外,随着正则黑洞质量不断地减少,薄吸积盘会更有效地消耗能量.这些特征提供了一种区分出正则黑洞的可能性.     

黑洞吸积盘径向参量的演化

利用黑洞吸积盘演化的基本方程组 ,在纯吸积情况下 ,求得了薄、厚吸积盘及一般厚吸积盘的黑洞视界半径rH的演化方程 .证实了中心黑洞与吸积盘相互影响的基本性质 ,并得到一些新的结果 .黑洞视界半径rH演化并非完全单调 ,其演化特性与吸积盘的类型有关 :对于薄盘 ,rH单调递增 ;对于临界厚盘 ,rH先增后减 ;对于一般厚盘 ,rH先增后减再递增 .还讨论了吸积盘内边缘与黑洞视界间隔的演化 .     

吸积盘中心黑洞的熵变与 B-Z 过程

分别在薄盘和厚盘两种情况下,详细讨论了纯吸积过程和Ｂ－Ｚ过程中吸积盘中心黑洞的熵变．结果表明,中心黑洞各参量在Ｂ－Ｚ过程中的变化率与在纯吸积过程中的变化率之差与盘结构无关,而且与Ｂ－Ｚ过程的辐射功率成正比．在Ｂ－Ｚ过程中黑洞熵的变化率总是大于纯吸积过程中黑洞熵的变化率,二者之差来自中心黑洞延伸视界上的耗散功率．此外,还讨论了黑洞热力学定律在上述盘吸积过程中的有效性．     

黑洞吸积盘径向参量的演化

利用黑洞吸积盘演化的基本方程级,在纯吸积情况下,求得了薄、厚吸积盘及一般厚吸积盘的黑洞视界半径ｒＨ的演化方程。证实了中心黑洞与吸积相互影响的基本性质,并得到一些新的结果。黑洞视界半径ｒＨ演化并非完全单调,其演化特性与吸积盘的类型有关：对于薄盘,ｒＨ单调递增;对于临办厚盘,ｒＨ抚增后减;对于一般厚盘,ｒＨ先增后减再递增。还讨论了吸积盘内边缘与黑洞视界间隔的演化。     

费米耀变体伽马射线光度和中心黑洞质量的研究

通过分析所收集耀变体样本的红移、多普勒因子、内秉伽马光度、黑洞质量、内秉吸积率的分布得到:与蝎虎天体相比,平谱射电类星体有更大的平均红移、多普勒因子、内秉伽马射线光度、黑洞质量、内秉吸积率.利用线性回归和Pearson偏相关分析的方法,得到内秉伽马射线光度和黑洞质量以及内秉吸积率之间都有很好的相关性,这表明伽马射线的产生和黑洞质量及吸积都有关系,同时也表明喷流的产生和黑洞自旋及吸积有关系.     

费米耀变体喷流功率与黑洞质量的相关性研究

喷流的形成与黑洞密不可分,讨论黑洞质量与喷流功率的关系有助于研究喷流的形成与结构.从文献资料中收集了70个耀变体源,包括35个蝎虎天体(BL Lacs),35个平谱射电类星体(FSRQs).通过样本数据分别研究两类耀变体黑洞质量与喷流功率的相关性.研究结果表明,去除集束效应后,平谱射电类星体的黑洞质量与喷流功率具有强相关性,而蝎虎天体的黑洞质量与喷流功率的相关性很弱.黑洞质量对黑洞喷流的形成具有主导作用.这些研究结果与其他方法获得的结果是一致的.     

黑洞研究

黑洞熵与信息论的研究,可能导致整个信息理论和量子理论的重大飞跃。对黑洞吸积、辐射和喷流的研究及有关实验观测和探测,有可能进一步深化人们对黑洞的认识,改进和发展爱因斯坦的相对论。     

星系中心大黑洞的宇宙学演化

在冷暗物质晕等级成团宇宙学模型中,伴随着暗物质晕并合,星系中心黑洞也断地并合和增长.于展Press-Schechter公式（EPS）我们编写了一自适应时间长Monte Carlo程序,重构了表征暗物质晕等级成团并合树.在成功地建立了黑洞和暗物质晕宇宙学演化模型后,我们通过引入直接吸积（包标准薄盘吸积和磁流体力学吸积）和随吸积两类黑洞吸积模式,论了黑洞自旋和质量宇宙学演化.通过与观测到AGN光度函数比较,我们发现黑洞通过磁流体力学吸积模式增长,与观测符合最好.于以上理论框架,我们还研究了双大质量黑洞演化,发现双黑洞通过共转气体吸积盘吸积对双黑洞质量比分存在显著影响.     

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.     

M87的TeV辐射光变

2005年第一次在M87中观测到TeV辐射爆发,分析表明TeV爆发的光变时标非常短且相对孤立.M87的喷流的视向倾角较大(～30?),是银河系外观测到的第一个非blazar类TeV源,这暗示着新的产生TeV辐射过程.考虑到TeV源有可能是产生于黑洞吸积盘上的等离子体云团,刚诞生的时候可能围绕中心黑洞作开普勒运动,本文在完全广义相对论框架下计算了这种情况下TeV辐射的光变.模型中不仅考虑了TeV源作开普勒运动的效应,还计算了轨道上不同点发出的TeV光子在到达无穷远处观测者的过程中被来自吸积盘上的软光子吸收的光深差异.计算表明TeV源的光变主要由不同轨道上的TeV光子的光深变化主导,TeV源作开普勒运动的效应基本可以忽略.在TeV源距离黑洞比较近的时候,随着黑洞自旋的增大光深显著减小,在黑洞自旋为零时,光深变化曲线明显不对称,TeV源越靠近黑洞这些效应越显著.     

磁化黑洞吸积盘的统一模型及其放能效率

阐述了一种包括三种放能机制在内的磁化黑洞吸积盘的统一模型，在广义相对论框架中导出满足Max-well方程的磁耦合映射关系，在黑洞基本演化方程的基础上得出描述黑洞演化状态的特征函数，分析了黑洞自转参量演化的平衡点及特征，讨论了统一模型的各参量对磁化黑洞吸积盘放能效率的影响，计算表明，在黑洞视界面磁压满足冲压平衡条件下，黑洞吸积盘的最大放能效率可达44.5%。     

星系中心大质量黑洞及潮汐瓦解恒星事件

黑洞潮汐瓦解恒星事件(Tidal Disruption Events,TDE)是星系中心黑洞瓦解进入其潮汐瓦解半径内的恒星并吸积恒星碎片物质而产生的一种剧烈辐射耀发现象.TDE的能谱和光变特征中蕴含了中心黑洞和被瓦解的恒星的信息,为我们证实和普查宁静星系中的黑洞,研究其参数、吸积过程和喷流产生、以及核区星际介质等提供了可能.TDE还可能提供中等质量黑洞和双黑洞存在的证据.TDE的观测和理论已成为一个新开辟的天体物理研究领域,但目前的进展受制于探测到事件太少(尤其是在X射线波段),且观测数据普遍质量不高.TDE的发生率很低,要探测大样本的事例需要监测足够大的空间体积.爱因斯坦探针卫星(Einstein Probe,EP)覆盖了0.5–4 keV的软X射线波段(接近TDE耀发时的辐射峰值能段),具有大视场以及高灵敏度,非常利于对TDE的探测.预期爱因斯坦探针卫星每年可以发现约几十至上百例TDE,其中有约10例或更多具有相对论性喷流特征.这将使我们可以获得较为完备、具有统计意义的TDE的样本,为进一步研究黑洞的存在和统计性质、增长和演化、发现中等质量黑洞和大质量双黑洞等提供了新的途径.