旋转黑洞的吸积盘热冕模型及其天体物理应用

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通常认为黑洞吸积盘系统是为活动星系核和微类星体提供能源的中心发动机。各种吸积理论到目前为止已成为解释活动星系核、X线双星的物理特性和能源机制的有效理论模型,例如,标准薄盘理论和径移主导吸积流(简称ADAF)理论等。  本文在广义相对论框架下重点阐述了两种吸积模式:标准薄盘和ADAF;并提出了一种环绕着旋转黑洞的吸积盘热冕模型。在该吸积盘热冕模型中标准薄盘环绕着一个旋转的黑洞,吸积盘的上下方均存在着热的平板冕;同时联系着黑洞吸入区的磁场在吸积盘的内边缘处施加着一个磁力矩。本文的工作和结论主要包含以下几个方面:  第三章用考虑冕存在时薄盘的动力学方程计算了释放在整个盘冕系统中总的引力势能,结果表明释放的能量主要集中于吸积盘内区。磁力矩能极大地提高释放在系统中的总能量;并且用数值的方法求解出了耗散在热冕中的能量占总能量的比例。发现耗散在冕中的比例随着黑洞自转参数α*的增大而增大,但是该比例对磁力矩参数△ε在△ε>1的情况下并不敏感。  本文用Monte Carlo方法模拟出了在不同相关参数下吸积盘热冕系统的典型的辐射谱;其辐出谱由三种成分构成,一种是未散射光子形成的黑体谱,一种是经过几次逆康普顿散射离开冕形成的幂率谱,另外是以FeKα线为主要特征的反射谱成分。并讨论了冕的几何参数、黑洞的自转参数α*、和吸积率m.的变化对吸积盘热冕系统辐射谱的影响。  第四章提出了一种大尺度磁场从黑洞吸积盘系统的冕区提取能量的喷流加速模型;用热冕中的磁能密度求出了热冕区域的极向大尺度磁场强度。并用黑洞磁层的等效电路方法推导出Poynting机制下来自热冕的喷流功率的解析表达式。研究结果表明喷流功率主要来自盘冕系统的内区,而且Kerr黑洞自转的加速,能较大地提高模型中喷流的功率值。  本文还选取了一组由37个类星体射电喷流功率值构成的观测样本,用该样本来探讨活动星系核的喷流加速机制。研究表明该高功率喷流样本很难被BZ过程所解释,却能较好地被我们的提出喷流加速模型所拟合。  第五章对工作的总结和展望,其中主要讨论了暂念喷流和中心黑洞旋转的相关关系以及黑洞吸积盘中逆行吸积的问题。  
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