旋转黑洞的全 MHD 喷流模型探析——I：框架与分裂单极子示例

本文构建了一个研究旋转黑洞（BH）磁流体动力学喷流结构的框架，其中电磁场与流体运动分别由 Grad-Shafranov 方程与 Bernoulli 方程支配。假设稳态且轴对称的喷流结构，在给定适当等离子体加载与边界条件时，我们可自洽地获得喷流内的电磁场、流体能量密度与速度。具体而言，我们将两个耦合控制方程构造为两个特征值问题，并发展了求解它们的完整数值技术。作为一个示例，我们显式求解了分裂单极子磁场构型与停滞面（此处极向流体速度为零）上简化等离子体加载的控制方程。正如预期，我们发现磁场线的旋转被流体惯性拖慢，且流体整体并未对中心黑洞的能量提取作出贡献，即磁 Penrose 过程未起作用。然而，若将带电流体分解为两个带相反电荷的组分，我们发现当等离子体加载足够低时，磁 Penrose 过程对其中一组分确实起作用。