通过超声速湍流和弹道吸积为超大质量黑洞供能

长期以来人们认识到，气体吸积到超大质量黑洞（SMBH）上的主要障碍是巨大的比角动量。人们担心气体会形成一个大规模的盘，然后吸积过程会过于低效，无法解释观测到的SMBH的质量。在此我们指出，虽然核球中的平均角动量很可能很大，但偏离平均值的偏差也可能很显著。事实上，宇宙学模拟表明，流入星系的气流的速度场和角动量场非常复杂。此外，在核球内部，由恒星形成反馈引起的速度冲击可以进一步随机化气体速度分布。我们对旋转的气体外壳落入SMBH的过程进行了流体动力学模拟，试图量化距离黑洞较远处气体速度弥散的重要性。我们通过超声速湍流速度谱来实现这种弥散。我们发现，虽然在纯旋转情况下，圆化过程导致具有不同角动量的气体有效混合，从而产生低吸积率，但加入湍流后，吸积率提高了几个数量级。我们表明，这可以基于“弹道”吸积的概念来理解，即由汇聚湍流产生的致密纤维，在很大程度上不受流体动力学阻力的影响，在周围气体中穿行。我们推导出一个简单的解析公式，该公式在几倍因子内捕捉到了数值结果。将我们的结果重新标度到天体物理核球，我们认为这种“弹道”吸积模式可以为SMBH提供足够的燃料供应，而无需通过大尺度盘或棒来引导气体，因此核球中的恒星形成可以成为SMBH吸积的强催化剂。