黑洞吸积盘的大尺度磁场位形及其提能机制

摘要

本文阐述了磁场提取黑洞旋转能的统一模型，并研究了MC过程磁场位形的产生和磁场的螺旋不稳定性。本文的工作主要集中于以下几个方面： 首先，讨论了磁场提能的两种机制：Blandford-Znajek机制和磁耦合（MC）机制。在黑洞“膜范例”理论下，我们用改进的等效电路方法推导出了BZ过程和MC过程功率和力矩的统一表达式，并讨论BZMC统一模型的共存条件。又通过MC过程解释Seyfert星系MCG-6-30-15对应的盘内区高发射率指数和HFQPO。 其次，黑洞是被磁等离子体包围着，磁等离子体可能是不稳定的。磁场既有环向磁场，又有极向磁场，这样的磁场容易发生螺旋不稳定性。我们给出了BZMC共存模型螺旋不稳定性发生的判据。结论是当BZMC共存时必然发生螺旋不稳定性，发现由于螺旋不稳定性的存在将改变BZ过程和MC过程提取黑洞旋转能量的比例。另外在这种模型下讨论了伽玛暴/超新星的成协。 接着，我们讨论了盘上的环向电流引起的连接黑洞与吸积盘的磁场位形，并得到了磁场螺旋不稳定性的判据。我们发现螺旋不稳定性与两个参数有关：即黑洞自转和吸积盘半径。我们在黑洞自转和盘半径构成的二维参数空间中描述了螺旋不稳定性发生的区域。 最后，我们讨论了螺旋不稳定性对磁场位形和提能的影响。发现螺旋不稳定性限制了磁场位形并导致MC过程提能的减小。