大尺度磁场对黑洞吸积盘吸入区能量的提取

摘要

本文在黑洞磁层理论和等效电路理论的基础上，重点阐述了磁场提取黑洞旋转能的三种机制(BZ、MC和DL过程)，并讨论了它们在高能天体物理中的一些重要应用。另外，我们提出了一种大尺度磁场从吸入区提取能量的理想模型。本文的研究工作主要集中于以下几个方面： 首先，我们从改进的等效电路模型出发推导出了三种提能机制的功率和力矩表达式。并讨论了MC过程中合理的映射关系和共转半径。 其次，我们讨论了三种提能机制在天体物理中的一些重要应用： BZ过程可用来解释X射线双星中观测到的喷流。通过MC过程能较好地解释Seyfert星系MCG-6-30-15对应盘的内区的高发射率指数。利用DL过程的电磁喷流功率较好地拟合了类星体的射电喷流的观测估计值。 接着，我们研究了开放型大尺度磁场对吸入区能量的提取（即PL过程），并采用改进的等效电路方法得到了PL过程的磁场提能功率。进一步，比较了PL、BZ和DL功率的相对重要性，结果表明特别对于低自转黑洞PL功率比BZ和DL功率大，并利用我们的模型获得的PL功率很好地拟合了几个3CR FRI射电星系的强喷流功率。另外，在满足黑洞热力学第二定律的条件下，我们详细讨论了吸入区吸积粒子的负能量条件。 然后，我们研究了闭合型大尺度磁场对吸入区能量的提取（即MCPD），我们采用等效电路方法得到了MCPD功率和力矩的解析表达式，并与另一种黑洞和吸积盘之间的磁耦合(MCHD)过程作了比较性研究，结果表明对于低自转黑洞在转移能量和角动量给盘上MCPD一般比MCHD相对重要。另外，考虑到热力学第二定律和有MCPD影响的吸积率的条件下，我们讨论了吸入区吸积粒子的负能量条件。 最后，我们对本文的主要工作做了简要总结，并指出了在以后工作中我们现有模型的一些有待完善的方面。