用于黑洞吸积与反馈模拟的吸积盘粒子方法

黑洞通过吸积周围物质而增长。然而，角动量提供了一个有效的天然吸积屏障，因此只有角动量最低的物质才能用于供给黑洞。星系形成模拟中黑洞吸积的标准亚网格模型——基于Bondi-Hoyle方法——未考虑吸积物质的角动量，因此不清楚以此方式估算的黑洞吸积率有多大代表性。本文提出了一种新的黑洞吸积亚网格模型，该模型自然地考虑了吸积物质的角动量。黑洞及其吸积盘都被建模为一个复合吸积盘粒子。气体粒子被吸积盘粒子捕获当且仅当其轨道将其带入吸积半径R_acc内，此时其质量被添加到吸积盘中，并在粘滞时间尺度t_visc上供给黑洞。由此产生的黑洞吸积率(dM/dt)_BH驱动吸积光度L_acc ~ (dM/dt)_BH，进而驱动黑洞反馈。通过一系列受控数值实验，我们证明新的吸积盘粒子方法在物理上比Bondi-Hoyle方法更自洽。我们还讨论了吸积盘粒子方法对具有高度旋转支持的系统的影响，并认为这些系统中的M_BH-σ关系应与经典核球和椭圆星系的关系存在偏移，这似乎与观测相符。