黑洞-包层系统形成场景——广义相对论中的粘性水动力学模拟
高能天体物理现象
2026-05-26 v1 星系天体物理
摘要
通过对质量为M=10^5--10^7 M_sun的大质量黑洞进行超Eddington 吸积流的粘性水动力学模拟，我们讨论了黑洞-包层系统形成的场景。我们考虑的质量吸积率为a³/G≈1.5×10^25 (a/10 km/s)³ g/s，相当于10^7 M_sun黑洞的Eddington 质量吸积率，假设吸积物的气体温度≤10^4 K。此处a和G分别表示声速和引力常数。对于吸积流，我们设定了一种准球形Bondi型流，其中远离区域的径向吸积占据优势。我们发现：(i)对于质量≤10^6 M_sun的低质量黑洞，在内侧区域形成光子陷阱区，靠近极地区的显著粘性外流克服了质量吸积的冲压，导致吸积-外流结构；(ii)对于质量≥3×10^6 M_sun的大质量黑洞，外流未被启动，黑洞周围逐渐发展出对流包层；(iii)不论黑洞质量如何，黑洞上的质量吸积率均为Eddington 吸积率的约10%。由于低质量黑洞(M<10^6 M_sun)上的黑洞吸积率远低于包层的质量增长率，若吸积率维持在较高值≥10^8 (M/10^7 M_sun) yr，则包层质量可能在总粘性加热速率超过系统Eddington 光度之前持续增长。
关键词
引用
@article{arxiv.2605.24087,
title = {A formation scenario of black hole-envelope systems --viscous hydrodynamics simulation in general relativity--},
author = {Alan Tsz Lok Lam and Masaru Shibata and Kenta Hotokezaka and Carlo Musolino},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.24087},
year = {2026}
}
备注
13 pages, 10 figures