黑洞Slim盘的整体解研究

发布时间：2020-03-30 19:34

【摘要】： 物质通过吸积释放引力能是宇宙中各种天体活动能量的一个重要来源,特别是在对黑洞、中子星和白矮星等致密天体的研究中,吸积过程显得尤为重要。近些年随着天文观测的进步,吸积盘理论也发展到了当代径移主导吸积的范畴。Slim盘是一类光学厚,几何厚度可以和半径相当的径移主导吸积盘,目前已经被广泛的应用于解释各种超爱丁顿吸积的观测现象。本文中主要介绍了笔者在攻读博士期间对于Slim模型的研究成果。通过改进高吸积率下Slim盘模型在垂向引力处理上的一些缺陷,计算了改进后模型的整体解并对其新的特性进行了讨论,证实了Slim盘模型在不考虑外流时其吸积率存在上限;此外还对放弃垂向流体静力学平衡假设后的Slim盘整体解进行了初步探讨;并且对含有外流的Slim盘结构做了计算和探讨。第一章中首先讨论了黑洞的概念,对其基本性质、描述、研究和观测现状等做了一些简单的介绍;然后讲述了吸积理论的基本内容以及几种主流的吸积盘模型,对吸积盘的形成机制和物质供给做了讨论,并介绍了吸积盘模型在几种重要的天文观测现象上的应用。第二章中首先介绍了爱丁顿光度的概念,解释为什么吸积盘有可能具有超爱丁顿的辐射光度,然后介绍了标准薄盘(SSD)的结构描述和计算方法,讨论了其模型、盘结构以及其在稳定性、适用的吸积率上限等方面的局限性。然后引入Slim盘的经典模型并介绍其详细的整体解计算方法和盘结构的基本性质。第三章中首先通过一系列证据表明经典Slim盘模型在垂向引力上的处理具有一定缺陷,特别是在高吸积率下表现的尤为明显。然后从局域分析的角度出发,对改进垂向引力描述后的Slim盘结构和性质方面做了探讨。在此基础之上,我们又详细计算了改进后的Slim盘模型的结构,得到了跨声速点的整体解,提出Slim盘吸积率存在上限的重要结论,并对吸积率上限的形成原因和在不同参数下的变化情况做了讨论。接着我们初步探讨了当外边界物质供给超过此上限时盘的情况,提出了此时吸积盘很可能会产生外流。之后我们还在放弃垂向流体静力学平衡假设后,重新计算了Slim盘的整体解,并证实这种情况下Slim盘仍然存在着吸积率上限。第四章中我们展示了国际上对于吸积盘数值模拟得到外流的一些结果,然后利用这些结果的结论,初步探讨了含有外流的Slim盘模型的整体解。第五章是对下一步研究方向的介绍。
【图文】：

洛希瓣,吸积流,吸积盘,密度波

个相交闭合曲面分别为两个洛希瓣。对小质量双星来说，某个演化时期伴星M2可能膨胀。如果膨胀充满了其洛希瓣，伴星的物质就会沿两个瓣的连接点即拉格朗日点Ll进入到致密星M1的洛希瓣内，如图1一4的(a)所示。M2的物质只能通过一个点流出，Ll就类似于喷嘴使得流出的物质速度很高。Ll点随整个双星系统一起转动，因此进入到主星洛希瓣的物质具有很大的角动量，将绕主星Ml作类似于圆轨道的转动。之所以不是纯粹的圆轨道，是因为粘滞要使得物质在快速转动的同时慢慢往里吸积，引力能释放转化为物质中的热能并快速辐射出来。这样最终会在双星转动的轨道平面上形成并维持住吸积盘，图1一5是半相接双星中形成的吸积盘及数值模拟的盘内螺旋密度波〔侧。通过洛希瓣外流吸积的双星系统很多，比如典型的暂现黑洞候选体和X射线脉冲星GXI+4等。如果伴星没有充满洛希瓣，，那么作为恒星的一个普遍属性，其周围也存在着恒星风。对于大质量双星来说

示意图,吸积盘,天体,白矮星

引起或参与的一些活动现象为恒星形成、高能辐射、双星演化、新星爆发和工型超新星暴、喷流等等。在一些引力源比如原恒星、主序恒星、白矮星、中子星和黑洞周围都很容易形成这种气体盘，如图1一612511501所示。主序恒星和白矮星半径比较大，吸积盘可碰到它们坚硬的表面发出很亮的X射线。黑洞和中子星附近广义相对论效应更明显，吸积盘只能延伸到内半径;i。处，再往里就直接掉进去很难维持住盘状结构。NSBH叽n图1一6天体周围的吸积盘示意图。MS，WD，NS和BH分别为主序恒星、白矮星、中子星和黑洞。
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：P145.8

【共引文献】