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 .     

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。     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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。     

Reissner—Nordstrom黑洞视界的熵

将二维球面简并气体模型直接推广到Ｒｅｉｓｓｎｅｒ－Ｎｏｒｄｓｔｒｏｍ黑洞，计算结果表明，黑洞外视界物质的熵等于整个黑洞的熵，且当Ｑ＝０时，能回到Ｓｃｈｗａｒｚｓｃｈｉｌｄ黑洞的情形。     

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。     

黑洞吸积盘中磁场的放大及黑洞双星的谱态转变

详细讨论了吸积盘中的磁场放大过程-dynamo(发电机)机制,并利用dynamo机制拟合黑洞双星谱态转变的时标.在磁场没有被放大之前,经典薄盘对应的谱态是热态,当大尺度磁场形成之后,经典薄盘演化为磁化吸积盘,其对应的谱态演化为陡幂律(SPL)态.     

含径向对流吸积盘的径向—环向不稳定性研究

从流体力学方程组出发,用微扰法得出含烃向对流吸积盘的径向。－环向不稳定性的色散方程,并根据盘的不同结构研究了四种模的不稳定性质,着重研究了径向粘滞力对含径向对流吸积的径向－环不稳定性的影响。结果表明：径向粘滞力对声模有较大的影响,但不改变粘滞模和热模的稳定性质,这一模型有利于解释银河系中黑洞候选体的ＱＰＯ现象。     

吸积盘的观测效应与类星体的光谱证认

讨论了相对论天体物理中的两个热点问题：黑洞吸积盘的观测效应和类星体光谱证认；对用吸积盘模型给类星体１６０４＋１７９谱线作重新证认进行了探讨     

Taub—UNT黑洞的熵

用ｂｒｉｃｋｗａｌｌ模型计算了Ｔａｕ－ＵＮＴ黑洞的自由能和熵,并分析了其不存在超辐射效应的原因。通过调整ｂｉｃｋｗａｌｌ的距离,我们得到了满足热力学第二定理的熵的面积形式。     

变加速直线运动带电黑洞的熵

由零曲面方程得到变加速直线运动带电黑洞的视界。从Klein-Gordon方程出发，利用薄膜brick-wall模型，给出了变加速直线运动带电黑洞的熵，得到的熵正好是视界面积的1／4。     

磁场对中微子主导吸积盘粒子丰度的影响

中微子主导吸积盘被认为可能是伽玛射线暴中心能源机制的一种模型.为了详细地考虑微观粒子分布,计算了伪牛顿势框架下磁场对中微子主导吸积盘微观粒子丰度的影响.结果表明,在吸积盘的外区,磁场对粒子丰度和电子简并度几乎没有影响;而在吸积盘的内区,考虑和没考虑磁场时,电子简并度,电子、中子等粒子丰度具有比较大的差异.     

缓变动态Reissner-Nordstrm黑洞的熵

采用薄膜brick-wall模型,运用WKB近似,计算了缓变动态Reissner-Nordstr m黑洞的标量场的熵.结果表明,通过适当选取截断因子,仍可得出黑洞熵与视界面积成正比的结论.     

盘吸积过程物理意义的新考察

本文利用稳态吸积盘角动量守恒条件,详尽地考察了盘吸积的物质过程,简单而有效地导出了吸积盘的径向吸积速率。其数学结果与流体力学方程组的解完全一致,但对物理过程的分析却显得非常直观,为盘吸积过程提供了明晰的物理图象。     

缓变动态Reissner-Nordström黑洞的熵

 采用薄膜brick-wall模型,运用WKB近似,计算了缓变动态Reissner-Nordström黑洞的标量场的熵.结果表明,通过适当选取截断因子,仍可得出黑洞熵与视界面积成正比的结论.