中国科学院云南天文台首次发现黑洞吸积的驻激波特征

IT之家 8 月 27 日消息，中国科学院云南天文台今日宣布，中国科学院云南天文台毛基荣研究员和其他国际合作者在 The Astrophysical Journal 发表了题为“Low-angular-momentum Black Hole Accretion: First General Relativistic Magnetohydrodynamic Evidence of Standing Shocks”的研究论文。

在该论文中，通过广义相对论磁流体（GRMHD）数值模拟，在低角动量吸积模式下，首次发现吸积的驻激波（standing shock）特征。

致密天体通过引力作用吸积周围物质。吸积物理是高能天体物理研究领域的国际前沿，也是星系形成和演化研究领域的关键问题。自 2019 年事件视界望远镜发布首张黑洞照片以来，临近黑洞视界的吸积过程成为天体物理研究的热点。

在黑洞吸积过程中，吸积流可能在临近黑洞的区域形成激波，这一激波产生的位置在吸积过程中基本保持不变，成为驻波。黑洞吸积中驻激波是否存在，是长期以来国际研究领域激烈争论的问题。

本研究论文在广义相对论框架下，采用两维和三维的磁流体数值模拟，开展了黑洞吸积物理的研究。研究发现，在低角动量吸积的模式下，吸积流在临近黑洞附近产生激波，而且，随着吸积持续发生，激波位置基本不变。因此，该论文首次在数值模拟中明确了黑洞吸积驻激波的存在。同时，研究发现，驻激波只能存在于磁场相对较弱的标准演化过程（standard and normal evolution [SANE]），而不能存在于磁场较强的磁囚禁吸积过程（magnetic arrested disk [MAD]）。

由于驻激波在这一特定位置处反复振荡，驻激波将加速粒子，这些被加速的粒子将产生辐射，形成天文观测上的准周期振荡（quasi-periodic oscillation [QPO]）现象。该论文所得到的吸积物理的动力学结果对研究 X 射线双星和活动星系核中的准周期辐射性质具有重要意义。

▲ 吸积的物质分布

▲ 吸积所产生的激波面

该研究得到国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项、国家自然科学基金和云南省兴滇英才支持计划的支持。

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