黑洞吸积系统中的盘-喷流耦合 II：力自由电动力学模型

在论文 I 中，我们表明，尽管吸积盘高度湍动，广义相对论磁流体动力学 (GRMHD) 数值模型却具有意想不到的简单电磁特性。特别是，盘中螺旋电流密度呈 $dI_\phi/dr \propto r^{-5/4}$ 形式。基于这种简单性，我们使用时域广义相对论力自由电动力学 (GRFFE) 代码研究了一个理想化问题，即将吸积盘替换为无限薄的旋转赤道电流层。我们考察了两种电流分布：一种为 $r^{-5/4}$，另一种为 $r^{-1}$，后者对应于布兰福德-赫拉茨 (1977) 的抛物面模型。使用 $r^{-5/4}$ 电流层得到的力自由磁层与 GRMHD 数值模型中看到的以普朗特力为主的喷流匹配良好。与论文 I 中的非旋转力自由模型比较可见，旋转导致喷流轻微去压缩，表明环向应力几乎抵消了离心力。在研究生成造冠层和吸积盘风以及破坏冠层中有序场的过程后，我们将 $r^{-5/4}$ 电流分布的力自由场嵌入吸积盘中进行 GRMHD 模拟。重联和磁应力有助于在无需盘中有序场的情况下形成磁化、热力学风。