星系形成模拟中超大质量黑洞的统一吸积盘模型：方法与实现

众所周知，超大质量黑洞（SMBH）反馈对于调节大质量（若非全部）星系的演化至关重要。然而，由于巨大的动力学范围，对 SMBH 与其宿主星系之间相互作用的建模极具挑战性。以往的模拟采用了简单的 SMBH 吸积亚网格模型，而近期的进展则追踪未解析吸积盘的属性，通常基于薄 $\alpha$-盘模型。然而，这忽略了辐射低效机制下的吸积，而该机制预期在 SMBH 寿命的相当一部分时间内通过厚盘发生。为解决这一问题，我们提出了一种针对 SMBH 的新型“统一”吸积盘模型，利用了解析平流主导流入 - 流出解（ADIOS）模型和最先进的 GR(R)MHD 模拟的结果。随着爱丁顿比率从低到高，我们的模型通过截断盘从 ADIOS 流过渡到薄 $\alpha$-盘，并自洽地包含了由 Lense-Thirring 进动引起的 SMBH 自旋演化。利用移动网格代码 AREPO，我们对气体盘中的单黑洞和双黑洞系统进行了模拟，以验证我们的模型并评估其影响。盘的状态显著影响可观测光度，我们预测 SMBH 双星系统会产生截然不同的电磁对应体。至关重要的是，假设的盘模型塑造了 SMBH 自旋的大小和方向，而这些参数正是 LISA 和 IPTA 等引力波观测站准备加以约束的。我们的模拟强调了准确建模 SMBH 吸积盘和自旋演化的重要性，因为它们调节了可用的吸积功率，从而深刻地塑造了 SMBH 与其宿主星系之间的相互作用。