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椭圆吸积盘: 一种为潮汐撕裂事件而提出的新型吸积盘模型
发布日期:2020-12-28浏览次数:

当一颗恒星掠过超大质量黑洞时,会被黑洞的潮汐力撕裂。恒星碎片在回落黑洞时,将引发潮汐撕裂事件(TDE)。经典理论通常假设,因为广义相对论轨道进动效应导致的回落物质轨道交叉,回落物质在轨道交叉处相互碰撞会使回落物质形成的吸积盘有效圆化。然而,吸积盘有效圆化这一标准图像最近受到了来自对TDE的光学/紫外辐射谱和总辐射光度观测的严峻挑战。如果吸积盘如某些数值模拟所启示的那样圆化是低效率的,那么低角动量回落物质形成的吸积盘必然是椭圆形的。以色列著名科学家Tsvi Piran教授及其合作者最近提出了一个类似绳套的椭圆盘模型。在该模型中,回落物质绕黑洞形成椭形绳套,后续回落物质与已绕过黑洞后向外运动的前锋物质在远离黑洞的轨道交叉处相互碰撞,形成绳结。该绳套椭圆盘模型假设,辐射来自物质相互碰撞处,即绳结处的激波。

北京大学物理学院天文系和科维理天文和天体物理研究所刘富坤教授领导的研究团队提出了一个物理上完全不同的新型椭圆盘模型(见示意图)。在该吸积盘模型中,软X-射线光子在椭圆盘绕黑洞的近心点处产生,形成后被电子散射囚禁在吸积盘物质内,随物质一起绕黑洞旋转(类似光纤)。这些软X-射线光子在随物质一起绕黑洞作椭圆绕转的过程中光致电离吸积盘物质。被电离的物质在复合时,发射出低频连续谱和光学发射线。在最近被国际著名天体物理杂志ApJ接收发表的论文中,刘富坤教授带领团队研究了该理论模型的动力学和热辐射性质,并非常漂亮地解释了那些严峻挑战传统圆化吸积盘模型的TDE光学/紫外辐射谱和总辐射光度的观测。北京大学的博士生曹春洋、曹荣、周智勤,波兰尼古拉斯·哥白尼天文研究中心的Marek Abramowicz教授以及哈佛大学的Maciek Wielgus博士是论文的共同作者。


标准圆吸积盘通常被称为“波兰甜甜圈”(一个由英国著名科学家Martin Rees爵士创造的名字。Martin Rees爵士同时也是TDE经典理论之父之一)。为了突出椭圆吸积盘与标准圆吸积盘在几何形状上的不同,同时保留以糕点命名的传统,以色列著名科学家Tsvi Piran教授为椭圆吸积盘创造了“耶路撒冷百吉饼(Jerusalem bagel)”(见下图)这一名字。为了强调与以色列Piran教授等人的椭圆吸积盘模型在几何上的相似性和物理上的不同性,在被接收发表的论文中所描述的椭圆吸积盘被称为“来自北京的耶路撒冷百吉饼(Jerusalem bagels from Beijing)”。值得注意的是,真实的波兰甜甜圈的形状更类似于具有球状几何的邦迪吸积(Bondi accretion)。


论文已被国际著名天体物理杂志The Astrophysical Journal接收发表,全文已可在预印本库下载:https://arxiv.org/abs/2012.05552