广义相对论中超临界黑洞吸积流的数值模拟

本文描述了一种新的广义相对论辐射磁流体动力学代码 KORAL，该代码采用 M1 方案来封闭辐射矩方程。该代码已通过多项测试成功验证。展示了针对非旋转黑洞 (a=0.0) 和旋转黑洞 (a=0.9) 的超临界磁化吸积的轴对称模拟。两个模型中的吸积率为 \dot M = 100-200 \dot M_Edd。这些首批超临界黑洞吸积的广义相对论模拟可能与潮汐瓦解事件以及早期宇宙中的超吸积超大质量黑洞相关。两个模拟模型在光学和几何上均较厚，并具有能量以相对论性气体、Poynting 通量和辐射通量形式逃逸的漏斗结构。在 a=0.9 的模拟中，喷流显著更强。两个模拟中的净能量外流率相对于黑洞处的质量吸积率测得的效率分别为 5% (a=0) 和 33% (a=0.9)。这些效率与先前非辐射几何厚盘模拟中测得的效率吻合良好。此外，在 a=0.9 的模拟中，外流功率似乎源自旋转黑洞，表明相关物理过程在非辐射和超临界吸积流中再次相似。虽然这两个模拟在总能量外流方面效率很高，但两者在辐射方面均效率低下。它们的光度仅为 \sim 1-10 L_Edd，对应辐射效率约为 0.1%。有趣的是，大部分辐射光度通过张角非常小的漏斗 emerge。因此，就局部辐射通量而言，发射的辐射是高度超 Eddington 的。