黑洞周围低黏度扭曲吸积盘的动力学研究

如果吸积盘相对于黑洞自旋矢量倾斜,则由于 Lense-Thirring 进动,黑洞周围的吸积盘可能发生扭曲。当盘黏度足够大以至于扭曲传播是扩散性的时,内盘可以与黑洞自旋对齐。然而,如果黏度很小,使得扭曲以波的形式传播,则线性化流体方程的稳态解在靠近黑洞处呈现出盘倾斜角的振荡径向分布。在此我们首次表明,这些解与三维流体动力学模拟吻合良好,其中黏度为各向同性且测得远小于盘的角半厚度,并且盘的倾斜——从而扭曲幅度——保持很小。我们利用线性化流体方程和流体动力学模拟表明,内盘倾斜角可以比原始盘倾斜角大数倍,并为此效应提供了物理解释。我们探索了随着错位角增大盘行为的转变,发现与强扭曲区域相关的耗散增加。对于足够大的错位角,盘变得不稳定而发生盘撕裂并破碎成离散平面。对于我们此处给出的模拟,我们表明在盘断裂时总(物理与数值)黏度足够小,使得盘撕裂发生在类波区域,证实了在该参数空间区域内盘撕裂是可能的。我们的模拟表明,要准确模拟此区域内的扭曲动力学,需要高空间分辨率,从而低数值黏度。最后,我们讨论了结果的观测意义。