黑洞磁层中真空间隙内的粒子加速

我们考虑由 Blandford-Znajek 机制驱动并嵌入辐射低效吸积流（RIAF）环境中的黑洞磁层中的真空间隙内的粒子加速。在这种情况下，间隙高度受到源自 RIAF 的红外光子上的 gamma-gamma 对产生的起始所限制。我们数值计算了带电粒子的加速与传播，考虑了间隙及整个黑洞磁层中的电场与磁场的详细结构、辐射能量损失，以及由传播带电粒子产生的伽马射线与 RIAF 背景辐射场的相互作用。我们表明真空间隙的存在具有清晰的观测特征。嵌入相对高光度 RIAF 中的间隙的发射光谱以逆康普顿发射为主，并在甚高能伽马射线波段具有尖锐的超指数截断。截断能量由 RIAF 的性质决定，且在很大程度上独立于磁层结构与间隙几何。位于低光度 RIAF 中的间隙的光谱以同步辐射/曲率辐射发射为主，光谱延伸至 1-100 GeV 能量范围。我们还考虑了间隙中质子可能加速的效应，发现质子能量仅在极低光度 RIAF 中可达到超高能宇宙线（UHECR）范围。