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天体物理学 > 高能天体物理现象

arXiv:2402.16055 (astro-ph)
[提交于 2024年2月25日 ]

标题: 倾斜黑洞磁层中的电流片对齐——一个黑洞脉冲星?

标题: Current sheet alignment in oblique black hole magnetospheres -- a black hole pulsar?

Authors:Sebastiaan Selvi, Oliver Porth, Bart Ripperda, Lorenzo Sironi
摘要: 我们通过三维广义相对论磁流体力学模拟研究了具有初始倾斜分裂单极磁场的非吸积自旋黑洞(BH)的磁层演化。这可作为中子星(NS)坍缩或继承了分裂单极磁场的黑洞-中子星(BH-NS)并合残骸模型,该分裂单极磁场形成条纹风。我们表明,最初倾斜的分裂单极电流片随着时间的推移与黑洞赤道面对齐。倾角角度呈指数变化趋向于对齐,其对齐时间尺度与黑洞角速度平方成反比,自旋越高,对齐越快。此外,电流片中的磁场重联导致事件视界穿透的磁通量呈指数衰减,所有考虑的黑洞自旋具有几乎相同的时间尺度。另外,我们提出了以条纹风的周期和对齐时间尺度表示的黑洞质量和自旋关系。所探索的旋转、对齐和重联电流片的情景可能由于加速粒子产生高能辐射、等离子体团合并产生相干射电信号以及由于黑洞磁层初始错位引起的脉动发射,而可能导致引力波事件的多信使电磁对应体。
摘要: We study the magnetospheric evolution of a non-accreting spinning black hole (BH) with an initially inclined split monopole magnetic field by means of three-dimensional general relativistic magnetohydrodynamics simulations. This serves as a model for a neutron star (NS) collapse or a BH-NS merger remnant after the inherited magnetosphere has settled into a split monopole field creating a striped wind. We show that the initially inclined split monopolar current sheet aligns over time with the BH equatorial plane. The inclination angle evolves exponentially towards alignment, with an alignment timescale that is inversely proportional to the square of the BH angular velocity, where higher spin results in faster alignment. Furthermore, magnetic reconnection in the current sheet leads to exponential decay of event horizon penetrating magnetic flux with nearly the same timescale for all considered BH spins. In addition, we present relations for the BH mass and spin in terms of the period and alignment timescale of the striped wind. The explored scenario of a rotating, aligning and reconnecting current sheet can potentially lead to multimessenger electromagnetic counterparts to a gravitational wave event due to the acceleration of particles powering high-energy radiation, plasmoid mergers resulting in coherent radio signals, and pulsating emission due to the initial misalignment of the BH magnetosphere.
评论: 16页,9幅图
主题: 高能天体物理现象 (astro-ph.HE)
引用方式: arXiv:2402.16055 [astro-ph.HE]
  (或者 arXiv:2402.16055v1 [astro-ph.HE] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2402.16055
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
相关 DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ad4a5b
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来自: Sebastiaan Selvi [查看电子邮件]
[v1] 星期日, 2024 年 2 月 25 日 10:40:48 UTC (18,676 KB)
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