近日，中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)雙星與變星研究團(tuán)組副研究員焦承亮等人在《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》（MNRAS）發(fā)表了題為《Accretion rates of stellar-mass compact objects embedded in AGN discs》的研究論文。該研究提出了一種全新的方法，用于估算嵌入活動(dòng)星系核（AGN）吸積盤中的恒星級(jí)致密天體（如黑洞、中子星和白矮星）的吸積率，為理解此類極端環(huán)境中致密天體的演化提供了關(guān)鍵新見(jiàn)解。

活動(dòng)星系核是星系中心一個(gè)異常明亮的區(qū)域，其能量來(lái)源于中心的超大質(zhì)量黑洞及其周圍的吸積盤。嵌入盤中的恒星級(jí)致密天體通過(guò)與盤氣體相互作用，可發(fā)生質(zhì)量增長(zhǎng)、軌道遷移乃至雙黑洞并合等一系列關(guān)鍵過(guò)程，是當(dāng)前天體物理研究的前沿方向。以往研究通常采用 Bondi或Bondi–Hoyle–Lyttleton（BHL）模型估算吸積率，但這些模型忽略了氣體與致密天體相對(duì)運(yùn)動(dòng)中所攜帶的角動(dòng)量，可能導(dǎo)致對(duì)吸積率的系統(tǒng)性高估。

本研究首次系統(tǒng)地將吸積盤氣體的角動(dòng)量效應(yīng)納入統(tǒng)一框架，指出在較差轉(zhuǎn)動(dòng)顯著的AGN吸積盤中，落向內(nèi)嵌致密天體的氣體攜帶著角動(dòng)量，通常會(huì)形成一個(gè)粘滯吸積盤，而非傳統(tǒng)模型假設(shè)的Bondi/BHL吸積流。研究推導(dǎo)出了粘滯吸積率表達(dá)式，并指出內(nèi)嵌致密天體的實(shí)際吸積率由粘滯吸積率和BHL吸積率中較低的一項(xiàng)決定。兩種模式的劃分主要取決于內(nèi)嵌致密天體與AGN中心超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量比、AGN 吸積盤的厚度比（H/R）以及動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)。當(dāng)AGN吸積盤為薄盤時(shí)，嵌入的恒星級(jí)致密天體通常處于粘滯吸積模式；而在厚度比較大的AGN盤（如slim盤或者ADAF）中，則更傾向于BHL吸積。

研究還給出了一個(gè)簡(jiǎn)潔且極具應(yīng)用價(jià)值的粘滯吸積率近似公式：其與AGN盤的吸積率成正比，比例系數(shù)由具體的動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)決定（在同向開(kāi)普勒旋轉(zhuǎn)情形下約為0.38）。該公式非常適合用于族群性質(zhì)（population-level）研究，如估算大量?jī)?nèi)嵌致密天體的質(zhì)量增長(zhǎng)或預(yù)測(cè)雙黑洞并合率。

新的理論框架不僅克服了經(jīng)典Bondi/BHL模型在AGN環(huán)境下的局限性，還為研究AGN環(huán)境中致密天體的質(zhì)量增長(zhǎng)、軌道演化、雙黑洞并合率及相關(guān)多信使觀測(cè)提供了更可靠的物理基礎(chǔ)。該框架還能方便地納入已有的外流校正方案，從而能夠更真實(shí)地描述超愛(ài)丁頓吸積流的動(dòng)力學(xué)行為。

該研究得到中國(guó)科學(xué)院全球共性挑戰(zhàn)專項(xiàng)、云南省建設(shè)面向南亞?wèn)|南亞科技創(chuàng)新中心專項(xiàng)、云南省基金重點(diǎn)項(xiàng)目和云南省興滇人才支持計(jì)劃的資助。

圖?1.?不同模型推導(dǎo)出的吸積率和特征尺度隨內(nèi)嵌致密天體在AGN?吸積盤中位置的變化（以標(biāo)準(zhǔn)薄盤、且內(nèi)嵌致密天體作同向開(kāi)普勒運(yùn)動(dòng)為例）。僅在高溫的最內(nèi)區(qū)吸積模式由Bondi吸積主導(dǎo)，其他位置均由粘滯吸積主導(dǎo)。右圖顯示了?Toomre Q?參數(shù)的變化，用于評(píng)價(jià)吸積盤的自引力穩(wěn)定性。

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