通过局部等离子体注入内磁层激活黑洞的动力学研究

(删节)由 Blandford-Znajek 机制形成喷流的理论中,一个备受关注的问题是等离子体如何持续供给磁层以维持其无力状态。来自热吸积流发射的 MeV 光子的湮灭产生电子-正电子对已被证明是一种可行可能,但要求足够高的吸积率。在较低吸积率下,且若无任何其他等离子体供给形式,磁层变为电荷匮乏,形成间歇性火花隙,可通过与软盘辐射的相互作用诱发强烈的对级联,从而实现外流形成。常有人推测足够等离子体可通过磁场线的某种重排(如交换不稳定性)从吸积流穿透内磁层。然而,问题随之而来:此类等离子体侵入事件能否阻止火花隙的形成。为解答此问题,我们进行了一系列数值实验,采用辐射的二维轴对称广义相对论粒子模拟(PIC),以规定速率将等离子体注入指定区域。我们发现,当对产生关闭时,若等离子体以足够高速率注入外光柱内,可实现近乎完全屏蔽。在外光柱之外注入则根据注入速率或形成大真空隙,或导致磁层的相干大幅振荡。在模拟允许的动力学范围内,随着注入速率增加,我们未见系统趋近稳态的证据。开启对产生则在所有情形下导致整个磁层近乎完全屏蔽,且最大 Blandford-Znajek 功率的某一部分以 TeV 伽马射线形式发射。