第1章 绪论 1
1.1 吸积能的历史渊源 1
1.1.1 宇宙中的能源 1
1.1.2 类星体的发现 3
1.1.3 类星体的能量 4
1.2 吸积盘图景——活动的宇宙 6
1.2.1 理论家们 7
1.2.2 吸积盘的概念 8
1.2.3 引力发电站 12
1.3 吸积供能的天体——对观测的综述 12
1.3.1 恒星形成区 13
1.3.2 激变变星 15
1.3.3 含有中子星的X射线双星 19
1.3.4 包含黑洞的X射线双星 21
1.3.5 活动星系核 28
参考文献 34
第2章 与吸积相关的物理过程 38
2.1 爱丁顿光度 38
2.1.1 爱丁顿光度的推导 38
2.1.2 超爱丁顿光度 40
2.2 邦迪吸积 41
2.2.1 基本方程 41
2.2.2 声速和临界点 42
2.2.3 马赫数和奇异点分析 43
2.3 黏滞过程 45
2.3.1 转动盘的最低能量态 45
2.3.2 盘中的黏性 48
2.4 相对论效应 50
2.4.1 牛顿类比 50
2.4.2 伪牛顿势 53
参考文献 58
第3章 经典模型 59
3.1 黏性吸积盘 59
3.1.1 黏滞扩散的基本方程 59
3.1.2 黏滞扩散的例子 61
3.2 光学厚盘 63
3.2.1 标准Shakura-Sunyaev模型 63
3.2.2 盘的能量 67
3.2.3 稳态盘结构 69
3.2.4 热平衡曲线 71
3.2.5 盘黑体谱 74
3.2.6 盘的线谱 76
3.3 光学薄盘 79
3.3.1 Shapiro-Lightman-Eardley盘 79
3.3.2 平衡结构 81
3.3.3 高能谱 81
3.4 几何厚环 82
3.4.1 环的基本结构 84
3.4.2 环的连续谱 87
3.4.3 环的线谱 88
3.5 相对论性标准盘 89
3.5.1 相对论性盘的基本方程 90
3.5.2 相对论性盘的结构 94
3.5.3 连续谱 96
3.5.4 线谱 100
3.6 吸积盘中的辐射 102
3.6.1 均匀盘中的辐射能流 102
3.6.2 电子散射效应和康普顿化 105
3.7 辐照盘 107
3.7.1 辐照效应的光度 108
3.7.2 辐照加热率 109
3.7.3 辐照盘的径向结构 111
3.7.4 辐照盘的谱 114
参考文献 115
第4章 长期不稳定性和热不稳定性 119
4.1 长期不稳定性 119
4.1.1 基本方程 120
4.1.2 负扩散 121
4.1.3 不稳定性判据 122
4.2 热不稳定性 124
4.2.1 基本方程 124
4.2.2 热力学行为 125
4.2.3 稳定性判据 125
4.3 M-∑和T-∑平面上的稳定性研究 126
4.4 稳定性判据的数学推导 128
4.4.1 基本方程 129
4.4.2 扰动 130
参考文献 134
第5章 矮新星型不稳定性 135
5.1 热电离不稳定性 135
5.1.1 X射线新星的两个旗鼓相当的模型 135
5.1.2 氢的部分电离 136
5.1.3 对流盘的垂向积分 138
5.1.4 局域的极限环行为 140
5.2 X射线新星盘的时间演化 145
5.2.1 不稳定盘的整体演化 145
5.2.2 光变曲线 146
5.2.3 基本的谱变化 151
5.2.4 辐照的影响 152
5.3 宁静态发射线的形成 154
5.3.1 光学薄盘 154
5.3.2 来自盘大气的发射线 156
5.3.3 总结：盘不稳定性模型 157
参考文献 158
第6章 潮汐不稳定性 160
6.1 潮汐驱动的偏心不稳定性 160
6.1.1 X射线新星中的长驼峰 160
6.1.2 偏心盘中的3：1共振 162
6.1.3 ΔP-q关系 165
6.2 热不稳定性和潮汐不稳定性的相互作用 167
6.2.1 盘半径的时变 167
6.2.2 含时的全盘计算 168
参考文献 171
第7章 含有激波的稳态盘吸积 173
7.1 黑洞吸积的拓扑性质 173
7.2 相对论性跨声速盘吸积 175
7.2.1 基本方程 175
7.2.2 临界点和它们的拓扑性质 178
7.2.3 临界解和它们的分类 179
7.3 多重驻激波 182
7.3.1 中子星 183
7.3.2 黑洞 184
7.3.3 激波的稳定性 184
参考文献 185
第8章 构造一般模型的方程 187
8.1 基本方程和径移的重要性 187
8.1.1 基本方程 187
8.1.2 径移的重要性 190
8.2 单温盘 191
8.2.1 垂向积分的方程 191
8.2.2 垂向等温盘 196
8.2.3 光学厚盘 197
8.2.4 光学薄盘 197
8.3 双温盘 197
8.3.1 离子和电子的方程 198
8.3.2 库仑耦合 199
8.3.3 轫致辐射冷却 200
8.3.4 同步辐射冷却 200
参考文献 201
第9章 吸积流的跨声速性质 202
9.1 临界半径处的正规性条件 202
9.1.1 基本方程和跨声速流的类型 202
9.1.2 等温盘中Trφ=-α∏的情形 204
9.1.3 等温盘中Trφ=α∑c2 TdlnΩ/d ln r的情形 208
9.1.4 对一般情况的评价 209
9.1.5 对使用洛必达定理的评述 209
9.2 跨声速流的数值实例 211
参考文献 214
第10章 径移主导吸积流 215
10.1 辐射压主导盘 215
10.1.1 高吸积率和径移 215
10.1.2 数值模型和S形序列 220
10.2 光学薄的单温盘 223
10.2.1 低密度盘和径移 223
10.2.2 解析模型 229
10.2.3 跨声速数值模型 232
10.3 双温盘和辐射谱 234
10.3.1 光学薄双温盘模型 234
10.3.2 辐射谱 237
10.3.3 标准盘和径移主导吸积流的对比 238
参考文献 238
第11章 径移主导盘的热力学行为 240
11.1 径移主导盘的局域稳定性 240
11.1.1 热稳定性和整体扰动 241
11.1.2 局域扰动的热不稳定性 241
11.1.3 描述局域扰动的方程 243
11.1.4 热不稳定性的增长率 244
11.1.5 湍动热传导的影响 245
11.2 轴对称扰动的含时方程 246
11.3 热吸积盘中的弛豫振荡 248
11.3.1 历史注记 249
11.3.2 Trφ=-α∏的情形 249
11.3.3 Trφ=-α（∏gasΠ3）1/4和-α（∏gas∏）1/2的情形 252
11.3.4 Trφ=-α0（H/r）n∏gas的情形 254
11.4 X射线新星中的径移主导流 255
11.4.1 盘不稳定性导致的谱的变化 255
11.4.2 爆发循环 257
参考文献 260
第12章 X射线光变的模型 262
12.1 黑洞天体的1/f光变 262
12.1.1 观测的光变特征 262
12.1.2 1/f光变的性质 264
12.2 光变的元胞自动机模型 266
12.2.1 自组织临界性 266
12.2.2 一个元胞自动机的步骤 267
12.2.3 自组织临界态的性质 269
12.2.4 1/f涨落谱的产生 272
12.2.5 关于自组织临界性模型的一点注记 274
12.3 涨落和径移主导盘 275
12.3.1 径移主导吸积流中的X射线脉冲的形成 276
12.3.2 波反射 277
12.3.3 具有临界行为的径移主导盘 279
12.3.4 什么触发了扰动？ 280
参考文献 281
第13章 盘振荡基础 283
13.1 振荡和方程的分类 283
13.1.1 观测的注记 283
13.1.2 盘振荡的分类 284
13.1.3 基本方程 287
13.2 惯性-声波和惯性-重力波 289
13.2.1 N2=0情形的基本方程 290
13.2.2 常微分方程的推导 290
13.2.3 色散关系 292
13.2.4 波和褶皱波的分类 293
13.2.5 传播区域和波的禁闭 294
13.3 非零Brunt-Vaisala频率的效应 297
13.3.1 k＞＞m/r情形的色散关系 297
13.3.2 k＞＞m/r情况下的禁闭和吸收 300
13.3.3 对流模式 301
13.4 单臂低频全局振荡 302
13.4.1 n=0的单臂惯性-声波 303
13.4.2 单臂褶皱波 304
参考文献 307
第14章 声波的黏滞脉动不稳定性 309
14.1 黏滞对振荡的影响 309
14.2 等温盘中的不稳定性判据 310
14.2.1 描述扰动的方程 310
14.2.2 不稳定性判据 311
14.3 不稳定性判据的数学推导 314
14.4 描述拉格朗日扰动的方程 314
14.4.1 一般稳定性判据 316
14.4.2 轴对称振荡 317
14.4.3 非轴对称振荡 319
参考文献 320
第15章 吸积盘内区的声波扰动 321
15.1 声速点和不稳定性的类型 321
15.1.1 基本方程 321
15.1.2 局域化在声速点附近的声波扰动 323
15.1.3 结点型临界点和不稳定性 325
15.1.4 拓扑结构和不稳定性之间的一般关系 327
15.2 时变的模拟 328
15.2.1 适宜声学振荡的情形 328
15.2.2 等温盘中的模拟 329
15.2.3 非等温盘的模拟 331
参考文献 334
第16章 辐射流体力学 335
16.1 辐射阻力和雪崩过程 335
16.1.1 康普顿阻力造成的角动量损失 336
16.1.2 基本方程 338
16.1.3 外辐射阻力驱动的吸积盘 340
16.1.4 外辐射场引起的辐射雪崩效应 345
16.2 盘辐射场 345
16.2.1 吸积盘上方附近的辐射场 346
16.2.2 标准盘上方的辐射场 348
参考文献 353
第17章 磁流体不稳定性 354
17.1 交换不稳定性和帕克不稳定性 354
17.1.1 磁漂浮不稳定性和交换不稳定性 354
17.1.2 等温大气中的帕克不稳定性 357
17.2 转动盘中的帕克不稳定性 361
17.2.1 平衡盘模型 361
17.2.2 扰动和色散关系 363
17.2.3 增长率 367
17.3 磁转动不稳定性 368
17.3.1 不稳定性机制概述 369
17.3.2 轴对称扰动的色散关系 370
17.3.3 不稳定性判据和增长率 374
参考文献 376
第18章 吸积盘中的湍流 378
18.1 湍流的起源和建模 378
18.1.1 盘中湍流的起源 378
18.1.2 湍流的建模 380
18.1.3 二阶闭合模型 381
18.2 流体力学湍流 382
18.2.1 湍流雷诺应力的输运方程 382
18.2.2 闭合近似 384
18.2.3 柱坐标中的输运方程 385
18.2.4 雷诺应力张量模型 387
18.2.5 关于因果性的注记 390
18.3 磁流体力学湍流的二阶模型 393
18.3.1 输运方程 393
18.3.2 柱坐标系中的方程和结果 395
18.3.3 平均磁场的效应 398
18.4 各种能量形式间的平衡 400
参考文献 404
附录A 克尔度规及其基本性质 405
A.1 基本性质 405
A.2 克尔时空中的圆周运动 408
参考文献 413
附录B 纳维-斯托克斯方程 414
B.1 一般形式 414
B.2 柱坐标表达式 416
附录C 相对论黏性流体的基本方程 418
C.1 度规和能量-动量张量 418
C.2 一般形式 420
参考文献 421
附录D 辐射转移方程 422
D.1 辐射场 422
D.2 辐射转移方程 423
D.2.1 转移方程 423
D.2.2 矩量方程 423
D.2.3 闭合关系 424
D.2.4 源函数 425
D.3 物质耦合 426
参考文献 426
附录E 相对论辐射流体力学的基本方程 427
E.1 度规和能量-动量张量 427
E.2 辐射转移方程 430
E.2.1 转移方程 431
E.2.2 矩量方程 432
E.2.3 闭合关系 433
E.3 物质耦合 433
参考文献 435
附录F 磁流体力学方程 436
F.1 麦克斯韦方程和磁流体力学近似 436
F.2 磁流体力学方程 437
F.3 柱坐标表达式 438
附录G 相对论性物态方程 439
G.1 物态方程 439
G.2 绝热声速和等效绝热指数 440
参考文献 441
附录H 相对论性气体的冷却 442
H.1 轫致辐射冷却 442
H.2 同步辐射冷却 443
H.3 康普顿化 444
参考文献 444
附录Ⅰ 扩散方程的解析解 445
I.1 解析解 445
I.2 自相似解 449
参考文献 451
符号列表 452