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不同尺度黑洞系统的天体物理现象的相关性

黄昌印  
【摘要】: X射线双星和活动星系核中的黑洞在质量上跨越6个量级以上,但近来的一些观测表明它们的许多高能辐射特征存在相似性,例如喷流、X射线准周期震荡(QPO)、高发射率指数、铁Kα线等。对它们的相似性以及各现象之间的相关性研究有利于我们更进一步地认识黑洞的本质。本文主要在包含Blandford-Znajek(BZ)和磁耦合(MC)两种磁场位形的BZMC共存模型的基础上,探讨两种尺度黑洞系统的3:2 QPO与喷流、谱态转变的相关性。本文的工作主要集中于以下几个方面: 首先,我们介绍了磁场提取黑洞旋转能量的两种机制:BZ过程和MC过程,用改进的等效电路方法推导出BZ过程和MC过程功率和力矩的统一表达式,建立了黑洞视界面角坐标与盘上的径向坐标之间的磁场映射关系,并在此基础上讨论了BZMC的共存条件。另外我们还讨论了磁场的螺旋不稳定性,发现BZMC共存总是伴随着螺旋不稳定性。 其次,我们介绍了以共存模型为基础的双热斑模型,黑洞视界面上非轴对称磁场通过MC过程在吸积盘内区形成的内热斑和螺旋不稳定性在盘外区形成的外热斑,利用内外热斑的开普勒运动频率解释不同尺度黑洞系统的3:2 QPO频率比。拟合了几个黑洞X射线双星和银河系中心黑洞的3:2 QPO对,并解释了它们的3:2 QPO对与喷流的相关性,还提出了用BZMC共存临界线作为黑洞X射线双星谱态转变的喷流线的新想法,定性讨论了来自伴星的吸积等离子体数密度涨落导致的高软态和低硬态之间的转变。 最后,我们简要介绍了活动星系核中心黑洞和恒星级黑洞的高发射率指数、铁Kα线、X射线QPO以及各现象之间的相关性。尽管两种尺度的黑洞在质量上相差甚远,但是它们的这些现象十分相似,表明它们有相同的物理起源——吸积黑洞。


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