黑洞吸积盘中的质量输运、湍流混合与入口效应
高能天体物理现象
2025-09-18 v1
摘要
我们利用嵌入一般相对论磁流体动力学模拟中的拉格朗日轨迹粒子， 探讨非辐射性黑洞吸积流中的质量输运、混合与盘演化。我们的模拟套件覆盖磁性被占据盘( MAD) 和标准常规演化( SANE) 状态， 跨越各种黑洞自转参数。通过跟踪轨迹， 我们直接测量流体元素的迁移和随机扩散。轨迹分布可由一致的向内漂移与高斯状扩散的组合描述， 与迁移扩散图景一致。MAD 显示比 SANE 系统性更快的迁移， 逆向流动最快； 最近稳定圆轨道留下的痕迹在 MAD 中几乎消失， 但在 SANE 中更为明显。湍流波动驱动所有情况下的强径向扩散， 在高自转顺向盘中， MAD 的 sigma ~ t^0.95， SANE 的 sigma ~ t^0.75。混合时间向事件视界处减小， MAD 和逆向配置中始终更短。轨迹还揭示了吸积源随时间的变化： 湍流从较宽广的初始半径范围内抽取吸积， MAD 中快速环形耗尽导致平均吸积源半径向外演化至 r ~ t^(2/3)， 而 SANE 较为温和， 随时间演化至 r ~ t^(1/2)。我们表明， 初始环的有限质量对后期行为具有显著影响， 尤其在 MAD 中， 不同规模初始条件的痕迹可能在 t ~ 10000 GM/c^3 时即可被探测到。
引用
@article{arxiv.2509.14202,
title = {Mass Transport, Turbulent Mixing, and Inflow in Black Hole Accretion},
author = {George N. Wong and Lia Medeiros and James M. Stone},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.14202},
year = {2025}
}
备注
24 pages, 19 figures. submitted