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黑洞吸积理论是天体物理学的一个基础理论,是认识许多高能天体物理现象,如活动星系核、黑洞X射线双星、伽马射线爆等的物理基础。人们通过解析的方法或数值模拟的方法对黑洞吸积流进行了深入的研究,获得了重要的研究结果,提出了一些重要的理论模型,这些理论模型可以很好地解释观测现象。近些年来,随着计算机技术的迅猛发展,数值模拟在天体物理研究中获得了广泛的应用,也取得了突破性的进展。本论文主要介绍了用ZEUS-2D程序来模拟辐射无效的黑洞吸积过程。
在第一章中,我们简单地回顾了活动星系的观测特征及其分类,活动星系核的统一模型和低光度活动星系核的性质。另外还简单地介绍了几种主要的黑洞吸积模型:标准薄盘吸积,SLE盘,Slim盘等。最后简单地介绍了数值模拟在天体物理中基本算法和代码实现等。
第二章中,我们首先重点介绍了径移主导吸积流模型的特性,辐射机制及其在解释天文观测上的应用。其次介绍了热传导对热吸积流动力学性质的影响。对于稀薄的等离子体,电子的平均自由程远大于其回旋半径,因此热传导就变得非常重要,热量可以从内区传到外区。但是以前关于ADAF的工作都忽略了热传导的作用,因此有必要考虑含热传导的吸积流的模型。我们用数值模拟的方法研究了含热传导的非辐射的吸积流,研究结果表明和没有热传导的吸积流相比,吸积盘的厚度变薄,密度增大,压强梯度变平,径向速度变大,热传导除了对温度梯度敏感,同时对密度的大小也是敏感的。
第三章中,我们模拟了两维轴对称的大尺度吸积流结构,径向范围跨越了四个量级。由于大尺度的数值模拟不容易实现,我们把计算区域分成了两个部分来分别模拟,并用反复迭代的方法来计算吸积流的自洽解。经过模拟我们发现吸积流内区和外区的结构有明显的不同,吸积流的外区以对流为主导,由很多小尺度的环流组成,而内区对流不明显。但是吸积流的各个物理量仍然是半径的函数,吸积率也是随着半径的减小而降低的。这跟以前的数值模拟结果是一致的。
第四章中,我们研究了不同初始条件和边界条件的吸积流结构。不同的初始条件对吸积流的结构有很大的影响,尤其是角动量的影响很大,这在以前的数值模拟工作中都没有详细地提到过。我们的研究结果表明初始角动量小的气体更容易被吸积到黑洞中,当角动量小到一定的值时,就是类球吸积,当角动量大于这个值时是类盘吸积。
在最后一章中,我们做了简单的总结和对未来工作的展望。