广义相对论辐射转移：公式化及黑洞周围结构化环面的辐射

我们构建了一种广义相对论辐射转移（RT）公式，适用于天体物理环境中具有或不具有质量的粒子。该公式源自第一性原理，具有显式协变性。吸收和发射，以及相对论、几何和光学深度效应均得到自洽处理。该 RT 公式能够处理三维几何设置以及具有跨物体和沿视线方向的光学深度变化和梯度的结构化物体。质量的存在导致沿粒子束射线的强度变化因像差因子而减小。我们应用该公式并演示了围绕旋转黑洞的吸积环面辐射的 RT 计算，考虑了两种情况：具有明确定义发射边界表面的理想化光学厚环面，以及允许环面内吸收系数和发射率变化的结构化环面。计算了这些环面的强度图像和发射光谱。几何效应，如透镜诱导的自遮挡和多重图像贡献，在吸积环面中比在几何薄吸积盘中更为显著。光学薄吸积环面的发射线轮廓可与光学厚吸积环面和光学厚几何薄吸积盘的线轮廓区分开来。光学薄吸积环面的线轮廓对观测倾角的依赖性较弱，尤其是在高观测倾角下，这一点不同于光学厚吸积环面或吸积盘。有限光学深度的吸积环面中存在临边效应。最后，在流向相对论致密天体的吸积流中，可能发生引力诱导的线共振。这种共振容易在三维流中发生，但在二维流（如黑洞周围的薄吸积盘）中则不会发生。