黑洞磁化薄吸积盘的稳定性

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吸积作为天体系统中一种高效的释能机制,相关的理论研究仍处在非常活跃的状态。近年来随着计算机性能的提升以及磁流体模拟技术的发展,人们对吸积盘的理解已逐渐深入到它的“磁”本质,即由磁场提供吸积所需的粘滞。本人博士期间主要关注了薄吸积盘的稳定性。在当前的研究背景下,笔者尝试在传统的薄盘模型中加入大尺度环向磁场,分析了磁场对盘稳定性的影响。我们的结果显示,环向磁场能有效提高薄盘的稳定性。相比标准盘来说,这一点更加符合一些最新的观测和模拟结果。关于本文的内容结构,现分述如下。   第一章主要介绍了有关黑洞吸积盘的背景知识,同时还用了一定篇幅来介绍吸积盘稳定性分析的研究历史。   第二章主要是讨论磁化薄盘的热稳定性。这项研究主要源自最新的观测结果。人们发现,一些稳定X射线双星的光度超过了标准盘模型的稳定性上限。如果在盘模型中引入大尺度环向磁场,那么伴随着盘的垂向扰动(膨胀),磁力线密度(磁压)将会相应地减小从而抵消一部分产热的增加。我们使用了一个参数化的描述来限制磁场对扰动的反馈。由此得到的结果显示,这种环向大尺度磁场有助于提高薄盘的稳定性。我们还将计算结果与最新的模拟进行了对比。   在第三章,我们进一步探讨了磁化薄盘的粘滞稳定性。从传统推导过程入手,我们发现磁场的存在会影响稳定性的物理判据。这是因为额外引入的磁场给吸积盘带来了一个新的自由度。在粘滞扰动的过程中,磁场的反馈并不是唯一确定的.我们通过桥梁公式,构造了一个对于磁场的参数化约束(适用于各种时标),并得到了扰动的色散关系。对比不同参数下的结果显示:热时标下的磁约束主要影响扰动的增长率;粘滞时标下的磁约束则主要影响扰动的径向传播(相速度)。   在最后一章,我们介绍了一种唯象的粘滞描述。对于热不稳定的系统,除了能对稳定吸积的光度设定上限之外,其含时行为也可以对理论模型提出限制。我们对比了黑洞双星GRS1915+105的部分光变曲线和已有模型下的limit cycle曲线,构造出一种新的粘滞律,并预期它能比传统的α粘滞更好地拟合观测数据。
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