热吸积流及风的解析研究和活动星系核中辐射激发风的数值研究

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黑洞的吸积过程对于理解宇宙中的高能活动现象是非常重要的,这些现象包括活动星系核(AGN),黑洞双星(BHBs),极亮X射线源(ULXs),恒星与星系喷流以及伽马射线暴(GRBs)等.在我的论文中,我们首先详细研究了磁场对于热吸积流及风的影响,之后我们讨论了对于AGN中的辐射驱动的风的数值研究结果.  在第一章,我们首先给出了致密天体吸积过程的一般化描述.之后,我们介绍由于粘滞导致的角动量输运过程.接着,我们会简单的介绍磁旋转不稳定性(MRI).我们还详细了介绍不同的吸积盘模型,包括标准薄盘(SSD),细盘(Slim disk)和径移主导吸积流(ADAFs).在这一章节的最后,我们简单的介绍支持AGN反馈对星系与星系团的演化起到很重要作用的大量观测证据.外流的发射机制以及风与环境的相互作用也将被讨论.  在第二章,我们主要研究环向磁场对于热吸积流结构的影响.在环向磁场之外,我们的模型中还考虑了湍流粘滞和磁场发散.为了求解热吸积流的稳态磁流体动力学(MHD)方程,我们采用了径向方向上的自相似假设.我们在赤道平面设置边界条件并对方程从赤道面积分到盘面.我们由此得到了一个内流-外流模型.之后,我们对于盘定义了两个相互分离的区域:内流区和外流区.我们的结果表明磁场的环向成分对于吸积盘的垂向结构有着显著影响.我们的数值结果表明,相较于非磁化的盘,磁化盘要更薄.  在第三章,我们考虑了在存在全局磁场时的黑洞吸积过程的二维MHD方程.通过假定稳态与径向的自相似性,我们在球坐标系下的$r- heta$平面解出了这个方程.磁场包含有湍流成分,这部分的作用被包含在粘滞项与一个大尺度的有序成分中.后者被进一步的假设为关于赤道平面偶对称.我们得到的内流-外流解表明,在赤道面附近,气体是内流的;而在高于或低于赤道面某个特定角度$ heta$的区域,内流在径向上改变了流向并转变为外流(在这里我们称之为风),这个角度大约为$ heta=47$.风的比角动量远大于内流,因此风可以使角动量向外转移.我们研究了风的产生机制,我们发现风的受力情况非常复杂,其中其主要作用的是离心力,但气体的梯度和磁压也很重要.我们还计算了风的性质.我们的解析结果与MHD数值模拟的结果符合的非常好.  在第四章,我们运用二维流体动力学数值模拟的方法来研究中心AGN辐射下从亚光年到光年尺度上的低角动量吸积流动力学.在考虑由中心AGN导致的辐射压与辐射加热/冷却之外,我们在动量方程中还引入了由辐射与再辐射的光子而导致的力.具体的,通过加入额外项,我们改进了再辐射力的表述.我们的结果表明,改变辐射力,吸积流的性质也将改变.例如,外边界的外流率有所增强,则内边界的质量内流率则随之减小.产生此现象的原因是,由于再辐射过程光子导致的垂直方向辐射力的改变,密度与质量内流率也将稍微增高.
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