扰动跨声速吸积的广义相对论流体动力学模拟

将 Sgr A* 和 M87* 的视界尺度观测与数值模拟进行比较，为解释它们提供了大量见解。这些模拟大多是同一物理场景的变体，即由一个受旋转支撑的环 torus 构成并播撒极向磁场。该设置有几个众所周知的局限性，最显著的是，它在重要方面不同于大尺度吸积模拟中所观察到的情形。我们旨在研究在更一般场景中视界尺度出现的流动模式，这些场景与大尺度流动有更清晰的联系，同时由一组减少的参数控制。作为该方向的第一步，我们进行了三维广义相对论流体动力学模拟，研究从距中心天体 1000 个引力半径的球形边界注入速度扰动的旋转跨声速流。我们研究了具有不同角动量和扰动振幅的这些流动的一般性质。我们观察到吸积模式中丰富的现象学，包括平滑的类 Bondi 流、湍流环 torus 状结构、激波、细丝和复杂的声速结构。对于足够大的扰动和角动量，径向剖面偏离用于初始化的恒定熵和角动量剖面，并类似于平流主导吸积流（advection dominated accretion flows）的剖面，显示出非由磁场介导的熵生成和角动量再分布的迹象。涨落被放大并比注入的白噪声谱延伸到更高频率，为合成轫致辐射光变曲线产生红噪声谱。未来加入磁场和辐射冷却可使此类模拟成为通用低光度活动星系核数值建模的可行替代方案。