论黑洞吸积盘中的 Bardeen-Petterson 效应

我们研究了黑洞自旋对扭曲或错位吸积盘的影响——具体而言，i) 吸积盘内边缘是否与黑洞自旋对齐；ii) 吸积盘能否在对齐的内盘与错位的外盘之间保持平滑过渡，即所谓的 Bardeen-Petterson 效应。我们采用受 Lense-Thirring 进动作用的 $\alpha$-盘的高分辨率三维光滑粒子流体动力学模拟，聚焦于盘黏度小于纵横比 $\alpha \lesssim H/R$ 的弯曲波机制。我们首先解决了文献中关于黑洞附近倾斜可能稳态振荡的争议。我们成功在三维中小角度和中等倾角（$\lesssim 15^{\circ}$）下重现了此类振荡，前提是同时存在 Lense-Thirring 和 Einstein 进动、采用了足够的分辨率，且吸积盘不至于厚到直接错位吸积。其次，我们发现倾斜超过几度的吸积盘通常会变陡并断裂，而非保持平滑过渡，这也与先前结果相反，但仅当吸积盘标高被充分分辨时如此。最后，我们发现当吸积盘平面与黑洞自旋大角度错位时，盘会“撕裂”为离散环，这些环有效地独立进动并导致快速吸积，这与扩散机制（$\alpha \gtrsim H/R$）中的先前发现一致。因此，吸积盘与黑洞自旋轴之间的错位提供了一种使黑洞快速增长的稳健机制，无论吸积盘是厚的还是薄的。