天体物理学 > 高能天体物理现象
[提交于 2025年7月3日
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标题: 球对称吸积与自引力:解析公式和数值验证
标题: Spherically Symmetric Accretion with Self-Gravity: Analytical Formulae and Numerical Validation
摘要: 球对称吸积包含自引力构成一个三点边值问题(TPBVP),由外边界、声点和吸积体表面的约束条件控制。 以前的研究有两个局限性:要么在解析处理中使用了错误的自引力势公式,要么在数值实现中引入了额外的输入参数以避免求解完整的TPBVP。 为了解决这些问题,我们提出了一种自洽的TPBVP公式,并使用松弛法进行求解。 我们还推导了近似解析公式,以快速估计自引力效应。 我们的分析确定了一个无量纲参数$\beta \equiv 2G \bar{\rho} r_\mathrm{out}^2/a_\mathrm{out}^2$,它表征自引力的强度,其中$\bar{\rho}$和$r_\mathrm{out}$分别是流的平均密度和外半径,而$a_\mathrm{out}$是外部介质的绝热声速。 对于实际估算,$\bar{\rho}$可以近似为外部介质密度$\rho_\mathrm{out}$。 我们确定了$\beta$的上限,超过该上限后稳态吸积将不可持续 —— 这一行为与经典引力不稳定性一致,而之前的研究未能捕捉到这一现象。 吸积率增强随着绝热指数$\gamma$的增加而单调减少。 对于$\gamma=5/3$,自引力不再增强吸积率。 这些理论预测得到了我们的数值解的验证。 我们进一步将结果应用于两种天体物理情景:早期宇宙中超大质量黑洞种子的超爱丁顿吸积,在这种情况下自引力是显著的;以及嵌入在活动星系核(AGN)盘中的恒星级物体的吸积,在特定条件下自引力是不可忽略的,应使用$\beta$进行评估。
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