黑洞吸积盘的演化与黑洞自转：Ⅰ.薄盘的演化

在同时考虑薄盘吸积与ＢｌａｎｄｆｏｒｄＺｎａｊｅｋ过程的条件下讨论了黑洞吸积盘的的演化,并指出黑洞的无量纲角动量ａ是标志黑洞吸积盘演化特征的重要参量．得到描述黑洞自转的３个特征值：（１）ａＩ≈０．９８３标志在薄盘吸积与ＢｌａｎｄｆｏｒｄＺｎａｊｅｋ能量提取机制的作用下,中心黑洞的无量纲角动量ａ演化的上限;（２）ａＩＩ≈０．９４０对应于黑洞薄盘内边缘半径ｒｍｓ演化的极小值;（３）ａＩＩＩ≈０．８２４对应于活动星系核射电噪度（ｒａｄｉｏｌｏｕｄｎｅｓ）的极大值     

黑洞吸积盘内边缘半径的演化与Blandford-Znajek过程

分别在薄盘和厚盘两种情况下,详细讨论了Ｂｌａｎｄｆｏｒｄ－Ｚｎａｊｅｋ过程对黑洞吸积盘内边缘半径演化的影响．结果表明,中心黑洞的无量纲角动量演化到某一临界值时;黑洞吸积盘的内边缘半径的变化率将由负交正．尽管盘的内边缘半径的极小值出现在Ｋｅｒｒ黑洞的能层的外边界上,但内边缘半径仍不可避免地会演化到Ｋｅｒｒ黑洞的能层中去．     

Blandford—Znajek过程对黑洞吸积盘演化的影响

本详细讨论了在Ｂｌａｎｄｆｏｒｄ－Ｚｎａｊｅｋ过程中吸积盘中心黑洞的角动量和质量的总变化率与质量吸积率和能量提到率之比β＝Ｍ＋／Ｍ－关系，在此基础上讨论了ＢｌａｎｄｆｏｒｄＺｎａｊｅｋ过程对黑洞吸积盘内边缘半径ｒｍｓ演化的影响，并在此过程中中心黑的熵总是增大的。     

磁化黑洞吸积盘的演化及放能效率

采用等效电路模型讨论了两种不同类型的磁场对黑洞的旋转能量和角动量的提取机制；Blandford-Znajek(BZ)过程和磁耦合过程，在研究磁化吸积盘中心黑洞自转参量演化特征的基础上，详细比较了纯吸积过程，BZ过程和磁耦合过程对黑洞吸积盘放能效率的贡献，结果表明，磁耦合过程是提取黑洞旋转能量重要的新机制，其放能效率与BZ过程几乎相等，在黑洞自转不是特别大的情况，纯吸积过程的放能效率高于BZ过程和磁耦合过程的放能效率，但是当黑洞自转接近极端Kerr黑洞的自转状态时，放能效率主要由BZ过程和磁耦合过程贡献。     

黑洞吸积盘理论进展

在已知的四种黑洞吸积盘模型中，Shapiro-Lightman-Eardley(SLE)盘是不稳定的，细（Slim)盘研究得还不够，较为成功的是最早建立的Shakura-Sunyaev盘（SSD）和近年成为热点的径移主导吸积流（ADAF）。SSD和ADAF看来分别适用于吸积流中离黑洞较远和较近的区域，故二者的结合即ADAF＋SSD模型有望对黑洞吸积流作出较为完整的描述，但这个结合模型也还有不少未解决的问题。     

粘滞对黑洞吸积盘的截断的影响

采用吸积盘-冕模型研究了粘滞对黑洞X射线双星和低光度活动星系核(LLAGN)中吸积盘的截断以及黑洞X射线双星中高低态转变的影响.以前的分析表明,冕的结构对粘滞的大小非常敏感.因此详细计算了一系列粘滞系数情况下冕的结构.为了便于与观测比较,将数值计算结果进行解析拟合得到最大蒸发率和粘滞系数a的关系,M/MEDD≈1.08a3.35;截断半径和粘滞系数的关系,R/Rs≈36.11a-1.94.这些结果可以用来解释光谱态的高低态的转换和截断半径的变化.并将这些结果应用到几个黑洞X射线双星XTE J118 480,GX 339-4,以及活动星系核NGC 4636中.     

黑洞吸积盘的演化及温度分布的热不稳定性

本文在Ｔｈｏｒｎｅ工作基础上讨论了吸积盘中黑洞的有关参量的演化，以及由Ｓｃｈｗａ－ｒｚｓｃｈｉｌｄ黑洞吸积盘向Ｋｅｒｒ黑洞吸积盘演化过程中对吸积盘辐射通量的影响，最后针对几个典型的辐射过程，分别讨论了黑洞吸积盘在牛顿框架中的温度分布方程与广义相对论的温度分布方程的热不稳定性，并给出此类问题的热不稳定性的判据。     

黑洞吸积盘的演化及温度分布的热不稳定性

本文在Ｔｈｏｒｎｅ工作的基础上讨论了吸积盘中黑洞的有关参量的演化，以及由Ｓｃｈｗａｒｚｓｃｈｉｌｄ黑洞吸积盘向Ｋｅｒｒ黑洞吸积盘演化过程中对吸积盘辐射通量的影响，最后针对几个典型的辐射过程，分别讨论了黑洞吸积盘在牛顿框架中的温度分布方程与广义相对论的温度分布方程的热不稳定性，并给出此类问题的热不稳定性的判据。     

黑洞吸积盘的温度分布

本文以声速点的物理量作为边界条件,积分流体力学方程组,给出了几何薄光学厚的黑洞吸积盘的温度分布.结果表明在这种吸积盘的内缘温度将急剧下降.另外,我们发现几何薄光学薄气体压为主的α-律吸积盘是热不稳定的.     

黑洞吸积盘内边缘半径的演化

本文用广义相对论讨论了黑洞吸积盘内边缘半径ｒ（ｍｓ）的演化规律。结果表明，吸积盘的中心黑洞在由Ｓｃｈｗａｒｚｓｃｈｉｌｄ型向极端Ｋｅｒｒ型演化的过程中，黑洞的角动量变化对ｒ（ｍｓ）的影响始终比黑洞的质量变化对ｒ（ｍｓ）的影响大。在此过程中ｒ（ｍｓ）始终是连续、单调减小的。本文得出ｒ（ｍｓ）对时间变化率的取值范围，并对其物理意义作了讨论。     

黑洞吸积盘内区温度的分布特征和演化特征

对黑洞吸积盘内区温度的径向分布特征和演化特征作了详细的讨论．结果表明：（１）盘内区的温度并非随径向坐标ｒ单调减少,在接近盘的内边缘处有一个盘温的峰值环．在盘温的峰值环和盘的内边缘之间形成一个温度梯度很大的冷却区;（２）在盘吸积的过程中,盘内区温度的峰值和冷却区的平均温度梯度均随中心黑洞的无量纲角动量ａ的增加而单调增加,而金温峰值环半径和冷却区的径向宽度均随ａ的增加而单调减小;（３）盘的热辐射光度随ａ的增加而单调增加．     

Periodic Orbits and Accretion Disks

The effect of the radiation pressure on the periodic motion of a small particle around one ‘primary’ body of the restricted photogravitational three-body problem is examined. Simple periodic orbits are used to determine the maximum size of the accretion disk in close binary systems. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

吸积盘整体结构的统一描述

在考虑径向对流和不同光学厚度的基础上，我们采用一般的辐射致冷假设；在统一的框架内考察了吸积盘的整体结构．对α模型，我们发现在不同的盘区存在不同的整体结构．在吸积率较低时，存在三种类型解：光学厚的局部辐射致冷解；光学薄的局部致冷解；光学薄的对流致冷解．这些解在盘内较大范围内都存在且互不交叉．但在吸积率较高和粘滞系数较大时，两种局部致冷解会相互交叉，而对流为主的解在所有盘区都稳定存在．另一方面，在吸积率较高和粘滞系数较小时，两种光学薄解会相互交叉，而光学厚和局部致冷为主的解在所有盘区都存在．     

含粘滞和磁场的薄吸积盘不稳定性

本文采用微扰方法导出色散方程，并在四种情况下详细讨论了薄吸积盘的不稳定性。结果表明：在纯粘滞和纯磁场盘中都存在脉动不稳定性。而且在吸积盘内同时考虑粘滞和磁场时，存在两种不稳定性，一种是脉动不稳定性，另一种是单调不稳定性。同时数值计算还表明，脉动不稳定性更可能存在于盘的内区，而单调不稳定性则只在盘的外区，对短波扰动才有意义。这些结果为解释ＢＬＬａｃ天体、Ｓｅｙｆｅｒｔ星系及类星体等活动星系核的光变现象进一步提供了理论依据。     

Dynamical Evolution of Planets in Disks

We study the evolution of a system consisting of two protoplanets still embedded in a protoplanetary disk. Results of two different numerical approaches are presented. In the first kind of model the motion of the disk material is followed by fully viscous hydrodynamical simulations, and the planetary motion is determined by N-body calculations including exactly the gravitational potential from the disk material. In the second kind we only solve the N-body part and add additional analytically given forces which model the effect of the torques of the disk. This type of modeling is of course orders of magnitudes faster than the full hydro-model. Another advantage of this two-fold approach is the possibility of adjusting the otherwise unknown parameters of the simplified model.The results give very good agreement between the methods. Using two different initial setups for the planets and disk, we obtain in the first case a resonant trapping into the 3:1 resonance, and in the second case a trapping into the 2:1 resonance. Resonant capture leads to a rise in the eccentricity and to an alignment of the spatial orientation of orbits. The characteristics of the numerical results agree very favorably with those of three observed planetary systems (GJ 876, HD 82943, and 55 Cnc) known to be in mean motion resonances.     

径向粘滞力对薄盘稳定性的影响

在吸积盘内由于吸积物质的径向运动，盘内物质间沿径向的粘滞力将会对盘的性质产生一定影响．本文计算了等温吸积盘中（考虑径向粘滞力）的不稳定性问题，对所求得的色散方程的分析表明，径向粘滞力将使吸积盘趋向稳定。本文还对径向粘滞力对盘的稳定性的影响作了物理解释，并发现径向粘滞力的引入不会引入新的稳定或不稳定模式。