旋转黑洞的提能机制及其在天体物理中的应用

摘要

本文主要介绍了黑洞旋转能量提取的两种机制：Blandford-Znajek（BZ）过程和磁耦合（MC）过程。并讨论了两种机制的共存模型及其在高能天体物理中的应用。本文的工作主要集中于以下几个方面： 首先，我们用改进的等效电路方法推导出BZ过程和MC过程功率和力矩的统一表达式，并在合理的磁场映射关系下讨论了BZMC的共存条件。另外我们对这两种机制的提能功率作了简单的比较。 其次，我们着重讨论了统一模型在天体物理中的应用：对喷流功率和高频准周期振荡频率的拟合。喷流和高频准周期振荡是X射线双星中重要的观测特征，在一些X射线双星中即观测到有喷流又有高频准周期振荡产生。用BZMC统一模型同时考虑这两种现象，发现中心黑洞是一个与吸积盘旋转方向相同的快转黑洞，并且自转被限制在一个很窄的范围内。这就提供了探测黑洞自转的一种可能的方法。 接着，我们介绍了三类不同尺度的黑洞，即恒星级黑洞，超大质量黑洞和中等质量黑洞。并详细地研究了它们之间的共性和个性，比如喷流、准周期振荡以及高发射率指数等特征。研究表明类星体中心黑洞视界面上的磁场以及盘的吸积率同黑洞质量之间的关系和微类星体完全一致。 最后，在总结本文工作的基础上我们指出了模型的不足之处，并给出一种改进的方案。