强磁场在稳定高光度薄盘中的作用

我们展示了一组围绕非旋转恒星级黑洞的薄、辐射压主导吸积盘的三维全局广义相对论辐射磁流体动力学模拟。模拟使用Shakura-Sunyaev模型初始化,质量吸积率为 $\dot{M} = 3 L_\mathrm{Edd}/c^2$ (对应于 $L=0.17 L_\mathrm{Edd}$)。我们之前的工作表明,当吸积由 $\alpha$-黏滞驱动时,此类盘是热不稳定的。在本工作中,我们检验强磁场既能通过磁旋转不稳定性驱动吸积又能恢复此类盘稳定性的假设。我们测试了四种初始磁场构型:1)具有单一径向延伸磁场环(偶极)的零净通量情形;2)具有两组径向延伸、极性相反并垂直堆叠磁场环(四极)的零净通量情形;3)具有多个径向同心、极性交替环(多环)的零净通量情形;4)净通量垂直磁场构型(垂直)。所有情形下,场初始均较弱,气体与磁压比 $\gtrsim 100$。基于这些模拟结果,我们发现偶极和多环构型与其 $\alpha$-黏滞对应情形一样保持热不稳定,在我们的情形中于局部热时标内垂直坍缩且从未完全恢复。而垂直情形保持稳定,并在我们测试的整个期间(多个热时标)保持如此。四极情形居中,表现出稳定与不稳定双重迹象。关键稳定判据为 $P_\mathrm{mag} \gtrsim 0.5P_\mathrm{tot}$,且在盘 midplane 附近存在强环向场。我们还报告了我们的模型与标准Shakura-Sunyaev盘的对比。