M87* 盘状结构和磁场几何的半解析研究

背景：磁场在黑洞吸积流动动力学中起关键作用，并影响相对论喷流的形成。Event Horizon Telescope（EHT）的观测提供了对黑洞吸积结构的前所未有的见解。解释这些观测需要将 polarized emission 与 underlying system properties 和 magnetic field geometry 联系起来的理论框架。目标：我们研究系统属性，特别是事件视界尺度区域的磁场几何，对 M87* 可观测 synchrotron emission 结构的影响。具体而言，我们旨在量化 EHT 所使用的 observable 对黑洞 spin、plasma dynamics、accretion disk 厚度和 magnetic field geometry 的敏感性。方法：我们采用 Kerr 时空下的半解析 radiatively inefficient accretion flow 模型。我们变化磁场几何、黑洞 spin、accretion disk dynamics 和 disk 的几何厚度。我们进行一般相对论射线追迹，并进行 full polarized radiative transfer，以获得 M87* 的合成图像。我们从合成模型中提取 EHT observable，如 disk 直径、asymmetry 和 polarimetric metrics。我们还考虑多个一般相对论 magnetohydrodynamics 模拟，并将其与半解析模型进行比较。结果：我们看到 disk 厚度对 observable 的影响有限。另一方面，toroidal field dominated 和 poloidal field dominated 磁场配置可以可靠地区分。flow dynamics，特别是存在 radially inflow，也显著影响 EHT observable。结论：M87* 系统最符合 poloidal magnetic field dominated flow，伴随部分 radially inflow。虽然 spin 仍难以把握，但偏好 moderate 或 large positive value。