吸积盘的研究进展

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1、吸积盘的研究进展王建成云南天文台吸积盘理论的发展球对称吸积Bondi（1952）研究定常态球对称吸积，天体对周围气体的影响。模型给出吸积率、吸积半径、吸积流跨声速等物理量的关系。Parker（1969）等人在Bondi解的基础上研究了球对称星风和吸积的过程，进一步发展了理论。薄吸积盘流体具有角动量，吸积过程需要角动量的转移。Shakura&Sunyaev（1973）提出粘性的α模型，发展了薄盘理论。粘滞作用导致角动量沿径向向外转移。粘滞耗散产生的能量以辐射方式转移出去。吸积流形成一个几何薄、光学厚的吸积盘。辐射谱是不

2、同温度黑体谱的叠加。广泛用于解释高能天体的红外、光学、紫外、X射线的辐射谱。离子主导吸积盘（Shapiroetal.1976）吸积流形成双温等离子体，离子1011K，电子108-109K。流体是光学薄的、能产生X和γ波段的非热辐射。热不稳定超爱丁顿吸积盘（Katoetal.1977）流体是光学厚的，大部分辐射被俘获。耗散产生的能量被物质内流拖曳进黑洞。吸积率大、光度小。径流主导吸积盘（ADAF）薄盘模型的局限性低光度的天体：低态的X射线双星、低光度活动星系、SgrA等。不能解释宽波段的辐射谱ADAF的一维模型（Nar

3、ayan&Yi1994）定常态轴对称吸积流动力学性质由四个高度积分的微分方程描述：吸积流的质量、径向动量、角动量和能量的守恒。参数f是平流能量与粘性产生的能量的比，f=1为平流主导，则f=0为辐射冷却主导。参数ν是运动学粘性系数α假设为一个与半径R无关的量质量守恒方程导致吸积率为常数以开普勒角速度和自由落体速度做自相似假设：密度轮廓为：利用自相似和f与R无关的假设，可得盘的解：ADAF有趣的特征对于高粘性ADAF（α~0.2-0.3），径向速度与自由落体速度相当（V~0.1Vff）流体以低于开普勒的角速度旋转，离心力

4、只起部分支撑作用，剩下的支撑来自于径向压强梯度。当流体几乎没有旋转()。辐射率低，耗散能量转变为热能，流体温度达维里温度。盘被热压力顶起，标高H~Cs/ΩK~R，ADAF在几何形状上更像球吸积。ADAF中的流体具有正的Bernoulli参数（正的比能），有可能产生喷流或是某种形式的物质外流。流体的熵随着半径的减小而增加，ADAF是对流不稳定的。二维ADAF模型（Narayan&Yi1995）ADAF具有准球吸积性质，使用高度积分方程可能是一种过度的简化。为证明高度积分的有效性，Narayan和Yi（1995）考察了A

5、DAF在球坐标极角方向上的结构。他们考虑了球坐标下的一个轴对称无子午流()的ADAF二维结构。自相似假设代入流体力学方程，得到四个关于函数的六阶常微分方程组。方程组需要六个边界条件才能求解：在赤道面和旋转轴解没有奇异性，满足对称性要求。利用解常微分方程双边界问题的驰豫方法，求解盘的结构。图展示了三个典型解（）的角速度、径向速度、密度和声速平方的角向分布轮廓。对于ADAF盘()，在同一半径的球壳层上几乎都是常数，径向速度在旋转轴上为零，在赤道面达到极大值。解()的轮廓显示出薄盘解的特征，密度在赤道面上达到最大，随着纬度

6、的增加密度迅速下降，说明物质主要集中在赤道面上，而角速度接近开普勒值。ADAF的应用辐射以ADAF中的高能电子非热辐射为主，主要有同步辐射、轫致辐射和逆康普顿辐射。辐射谱从射电延展到硬X射线波段。质子－质子碰撞产生的中性介子衰变能产生γ辐射。ADAF模型的修正有物质外流的ADAF（Xu&Chen1997）经典ADAF没有子午流动，吸积内流的物质不可能改变方向变成外流物质。具有子午流动（）的情况下，求解自相似的二维ADAF结构，研究物质外流的影响。自相似假设：密度的自相似幂律指数由3/2换成任意参数n，其他物理量假设不

7、变。穿越整个球面的净吸积率是：若质量守恒，净吸积率为常数，有两种情况：幂律指数净吸积率为零：第一种情况对应经典的ADAF，只有物质吸积，没有物质外流。第二种情况对应修正的ADAF，内流的物质和外流的物质相等，使净吸积率为零。两种情况都是特例，一种是没有物质外流；一种是吸积物质全部逃逸出来，没有物质落入中心天体。模型对进行傅立叶展开，代入流体力学方程组，将一个以一定的边界条件求解微分方程组的问题转变为一个非线性代数方程组的求根问题。经过相应的数值计算，他们发现两个类型的解——吸积外流和抛射外流。左上图是密度等值线和子午

8、面内的速度矢量场；左下图是温度等值线；右图是相应的物理量的角分布图。吸积外流解处处都是正能量，有逃逸到无穷远的潜力。抛射外流解处处都是负能量，外流的物质最终都能返回来，不产生外流。绝热内流外流模型（AdiabaticInflow-OutflowSolutions,ADIOS）（Blandford&Belegman1999）假设辐射冷却无效假设径