明亮磁捕获盘中低普适平衡黑洞自旋的证据

相对论准直外流或喷流，提供了活动星系核反馈的关键模式。尽管喷流从黑洞（BH）自旋中提取能量，但它们对 BH 自旋的影响仍知之甚少。由于自旋控制着 BH 的辐射和力学反馈，缺乏自旋演化的第一性原理模型限制了我们解释观测的能力，包括最近 LIGO-Virgo-KAGRA 的自旋约束。特别重要的是明亮盘，它们迅速生长并对其 BH 施加强力矩。无喷流且弱磁化的标准明亮盘将其 BH 自旋加速至接近最大自旋 $a_{eq,NT}=0.998$。然而，充足的大尺度垂直磁通可导致内盘进入磁捕获盘（MAD）状态，其喷流能高效提取 BH 转动能并显著使 BH 自旋下降。Lowell 等人（2024）发现非辐射厚 MADs 将其 BHs 自旋降至极低的 $a_{eq,MAD}^{thick}=0.07$。其解析模型预测明亮薄 MADs 也会将其 BHs 自旋降至较低的 $a_{eq,MAD}^{thin}\sim0.3\text{-}0.5$。为检验此预测，我们对跨越宽广 BH 自旋范围（$-0.9\le{}a\le0.99$）和盘厚度（$0.03\le{}h/r\le0.3$，对应于爱丁顿比 $0.35\le{}\dot{m}/\dot{m}_{Edd}\le\infty$）的 MADs 进行了 3D 广义相对论（辐射）磁流体动力学（GR(R)MHD）模拟。我们发现明亮薄 MADs（$0.03\le{}h/r\le0.1$）高效地将其 BHs 自旋降至低普适平衡自旋值 $a_{eq,MAD}^{thin}\approx0.3$：一个最大自旋（$a=1$）的 BH 在仅吸积其初始质量 25% 后自旋即降至 $a=0.5$。我们的结果遵循二次收敛 $a_{eq,MAD}^{fit}\simeq0.3-2.7(h/r)^2\to0.3$（当 $h/r\to0$ 时），我们将其归因于剧烈冷却使盘热力学变得无关紧要，且磁力对热学 $h/r$ 不敏感。