黑洞吸积流产生风的大尺度动力学：(II) 磁流体力学

黑洞吸积盘风是理解超大质量黑洞与其宿主星系共同演化的基本要素。从小尺度吸积盘模拟到大尺度或宇宙学模拟的动力学范围巨大差异，给追踪风的运动学带来了障碍。在本系列第一篇论文中，我们已在流体力学框架下研究了从吸积盘外缘向星系尺度传播的盘风动力学。本文中，我们进一步引入磁场，通过采用一维磁流体力学（MHD）模型并设定热吸积流的边界条件来理解风动力学。极向磁场的几何被规定为与自转轴成 $\theta=45^\circ$ 角的直线，其强度满足无散度条件。风解通过要求气体平滑穿过慢磁声点、阿尔文点和快磁声点而得到。发现物理量与柱坐标半径 $R$ 在快磁声点之外呈幂律依赖，其中 $\rho \propto R^{-2}, v_{\rm p}\propto {\rm const.}, v_{\rm \phi}\propto R^{-1}, B_{\rm \phi}\propto R^{-1},$ 且 $\beta \propto \rho^{\gamma-1}$。风的磁化强度在决定风的性质中占主导。与流体力学情形相比，风被加速到更大的终止速度（强磁化时 $v_{\rm Ap0}>1$），此时磁压梯度占主导且离心势转化为动能。文中也讨论了风物理量与磁化强度、温度、场线角速度和绝热指数的依赖关系。