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。     

黑洞吸积盘的数值模拟

近十几年来,人们已经对吸积盘进行了深入的研究。前人很多工作都是解析工作。虽然解析工作能够简单明了地揭示盘的许多重要性质,但吸积盘的很多重要性质(例如:对流和外流)没有办法通过解析工作进行深入的研究。数值模拟是研究天体物理的重要手段。近十年来,随着计算机技术的迅速发展,数值模拟在天体物理研究中扮演了越来越重要的角色。本论文主要用数值模拟的手段研究吸积盘中一些重要的物理过程。     

Einstein转盘度规与Kerr度规

本文讨论了为什么不能由Kerr度规得到Einstein转盘度规。     

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α＊的增加而单调增加,而盘峰值环半径和冷却区的径向宽度均随α＊的增加而单调减小;（３）盘的热辐射光度随     

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．     

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.     

大质量黑洞吸积盘的径向自引力

本文研究了大质量黑洞吸积盘的自引力,用薄盘位形上积分的方法计算了吸积盘自引力的径向与垂向分量,着重讨论了径向自引力。主要结果为:对于大质量黑洞(M～10~8—10~(10)M_⊙)吸积盘,在(R/R_g)～10~5—10~4的距离上,径向自引力会超过中心天体引力。在这个距离上,吸积盘的动力学结构完全不同于开普勒盘。提出了径向自引力不稳定扰动作为一种能源机制。本文还得到吸积盘自引力与中心天体引力量级比较的两个判据,并由此得到大质量黑洞吸积盘外半径的近似解析估计。本文结果可用于类星体和星系核吸积盘。     

Blandford-Znajek过程对黑洞吸积盘演化的影响

本文详细讨论了在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取率之比的关系，在此基础上讨论了BlandfordZnajek过程对黑洞吸积盘内边缘半径r_(ms)演化的影响，并证明在此过程中中心黑洞的熵总是增大的。     

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     

Kerr黑洞的角动量

本文指出,计算Kerr黑洞角动量应考虑散射电子的逆向吸积效应.同时提出用顺、逆向粒子的最小圆轨道半径作为黑洞俘截粒子的有效截面重要标志,从而大大简化了问题的计算。对K.S.Thorne的结果,本文给出了几种修正.     

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。     

模拟Kerr度规的牛顿型引力势

本文对只局限于赤道面的模拟Ｋｅｒｒ度规的牛顿型引力势加以推广，使之能用来相当精确地描述轴对称强引力场中赤道面以外粒子和流体的运动。这种既能体现广义相对论效应而又使计算过程大为简化的牛顿势，对于许多天体物理问题（例如厚吸积盘）的研究是非常适用的。     

星在中心为Kerr黑洞的星团中的分布

本文讨论了试验粒子在Kerr度规中的运动和中心具有Kerr黑洞时星团中星的分布。结果表明:对于该种稳定星团,低速星较多。当α=0时,我们得到了已知结果。     

黑洞吸积的双模式特征

黑洞吸积必定是跨声速的。对于静态、绝热吸积流,比能量E、比角动量L和质量吸积率M都是空间的常量。跨声速解的非奇异条件,F(E,L,M)=0,使独立参数减为只有两个。对于一对给定的E和L的符合条件E_c>E>E_(Barr)的值(这里E_c是一临界值,E_(Barr)是引力和离心力的联合势垒),上述非奇异条件给出两个不同的吸积率值,对应着两个不同的吸积流声速点位置。然而,物理上合理的整体解却是唯一的,它总是使两个吸积率值中之较小者得到实现。 对于一个不转动的黑洞,吸积以两种模式之一进行。一是类球吸积或称Bondi吸积,角动量的影响和相对论效应均微不足道;另一是盘吸积,这两个因素起决定性作用。两种模式之间的转换是基于声速点位置的间断性跳跃,而这种跳跃是由吸积流参数(例如角动量)的连续变化所引发。Bondi吸积可称为高态而盘吸积为低态,因为前者总对应着较高的吸积率。 随时间变化的吸积流很可能在这两种模式之间来回振荡,呈现出周期性或准周期性或无规则行为。这可以用来解释天鹅座X-1和若干活动星系核的光变现象,从而为黑洞的存在提供有力的观测依据。     

类星体的厚吸积盘与自引力吸积盘模型

本文对类星体的各种厚吸积盘模型,紫外超现象的吸积盘模型及自引力吸积盘模型作了简扼评述.