超临界黑洞吸积盘的三维模拟——光度、光子俘获与变异性

我们展示了一组四个三维、广义相对论、辐射磁流体动力学模拟，针对超临界质量吸积率（$\dot{M} > \dot{M}_{\rm Edd}$）下的黑洞吸积。我们利用这些模拟研究当改变黑洞质量、黑洞自旋或质量吸积率时，吸积盘性质如何改变。对于非旋转黑洞，我们发现总效率约为$3\%\dot M c^2$，大约比标准薄吸积盘的效率小一半。沿轴的漏斗区辐射通量高度超爱丁顿，但吸积释放的能量只有一小部分从该区域逃逸。这$3\%\dot M c^2$能量的大部分在吸积盘更外侧以光球辐射或风的形式出现。对于自旋参数为0.7的黑洞，我们发现效率更大，约为$8\%\dot M c^2$。通过比较平流和扩散辐射传输的相对重要性，我们表明光子俘获在赤道面附近有效。然而，在吸积盘表面附近，扩散导致的垂直辐射传输占主导。我们将基准三维模拟与带有平均场发电机的等效二维轴对称模型的性质进行比较。后者模拟比三维模拟快近100倍，并对吸积流的时间平均性质给出非常相似的结果。