引力力矩角动量输运的解析模型：从星系到大质量黑洞

我们提出了星系中角动量输运和气体流入的解析计算，范围从千秒差距尺度到中心黑洞势阱深处。我们将这些解析计算与数值模拟进行比较，并利用它们开发了一个黑洞增长的亚网格模型，该模型可纳入半解析模型或宇宙学模拟中。解析计算和模拟均表明，当恒星引力势的非轴对称扰动导致气体轨道交叉和激波时，会产生最强的气体力矩。这在约0.01-1千秒差距的大半径处（棒状模式主导非轴对称势）以及小于10秒差距的小半径处（不对称/偏心盘主导）均成立。传统的轨道交叉判据并不总能充分预测具有有限声速的气体+恒星盘中激波的位置及其引起的流入。我们推导了一个修正判据，即使在没有正式轨道交叉的情况下，也能预测恒星主导系统中激波的存在。然后，我们推导了在存在此类激波的情况下角动量损失和由此产生的气体流入率的解析表达式。我们使用一系列星系尺度的流体动力学模拟测试了我们的解析预测，结果表明它们能成功预测质量流入率和准稳态气体面密度，且离散度很小（0.3 dex）。我们利用解析结果，根据更大半径处的星系性质构建了一个新的黑洞吸积率估计。这抓住了数值模拟中的关键标度关系。其他估计方法，如局部粘性吸积率或球形邦迪吸积率，则无法系统地重现模拟结果。