解析黑洞周围流：数值技术及应用

黑洞被认为是星系形成模型的关键组成部分之一，但由于涉及极其复杂的物理过程和巨大的空间尺度动力学范围，模拟黑洞一直极具挑战性。在此，我们解决了宇宙学流体动力学星系形成模拟中常用于估算黑洞吸积的 Bondi-Hoyle 类 prescriptions 的一个显著缺陷，即 Bondi-Hoyle 半径经常未被解析。我们描述并实施了一种新颖的超拉格朗日细化方案，以有限的计算成本自适应地、“即时”提高吸积黑洞周围目标区域的质量和空间分辨率。虽然我们的细化方案具有通用适用性和灵活性，但出于本文目的，我们选择最小的可解析尺度以匹配黑洞的瞬时 Bondi 半径，从而在全星系形成模拟中有效解析 Bondi-Hoyle 类吸积。这不仅使我们能够更准确地估算 Bondi 半径附近的气体性质，还允许我们改进黑洞吸积和反馈的实现。因此，我们设计了一个更通用的反馈模型，其中吸积和反馈取决于局部气体分布的几何形状，并同时追踪质量、能量和动量加载。我们展示了一系列对细化和反馈方法的测试，并将其应用于孤立盘星系模型。我们的模拟表明，解析黑洞附近的气体性质对于以更高真实度追踪黑洞吸积和反馈是必要的，并且这样做使我们能够将迄今为止在宇宙学模拟中被忽略的重要物理过程纳入其中。