超相对论Bondi-Hoyle吸积 I: 轴对称性

本文对运动Kerr黑洞上的轴对称Bondi-Hoyle吸积进行了超相对论研究。使用高分辨率激波捕捉方法求解广义相对论流体力学方程。在此处理中，我们考虑超相对论极限，其中可以忽略重子静止质量密度。该近似在系统内能主导重子静止质量能量贡献的区域内有效。本研究关注的参数是绝热常数$\Gamma$和流体的渐近速度$v_\infty$。我们在三个不同区域进行模拟：亚音速、临界超音速和超音速，但本研究主要关注流动为超音速的参数区域，即$v_\infty \ge c_{s}^{\infty}$。正如先前研究所预期，超音速区域展现出有趣的动力学，但更有趣的是在临界超音速系统中存在弓形激波。我们研究了参数值范围以捕捉可能偏离稳态解的情况，但未发现任何偏离。为了展示所研究的每个流动的稳态行为，我们计算了Schwarzschild半径上的能量吸积率。此外，我们还发现吸积流依赖于计算边界的位置，如果计算边界距离黑洞太近，计算出的流动轮廓会带有数值伪影。这是先前超相对论流体动力学系统的相对论模型中没有发现的问题。