由于黑洞(BHs)产生的极端引力场以及它们对时空结构和支配基本相互作用定律的深刻见解,黑洞仍然是现代理论物理学的核心。一旦物质穿过事件视界,所有轨迹最终都会在奇点处终止,此时时空曲率发散,广义相对论(GR)不再适用(Borde和Vilenkin,1994年;Borde等人,2003年)。尽管GR成功地描述了许多天文观测现象,但奇点的存在暴露了其在高能尺度上的局限性,在那里预计量子引力效应将起主导作用(Duff,1974年;Frolov和Vilkovisky,1981年;Gambini和Pullin,2008年;Modesto,2004年;Modesto等人,2011年)。将量子修正(QCs)纳入经典理论可以平滑奇异行为,导致规则的几何结构,从而为强场领域的引力提供更一致的描述。
尝试将量子力学与黑洞物理学统一激发了几种理论方法——如环量子引力、弦理论和渐近安全引力——这些方法将量子效应纳入经典时空中(Rovelli,2008年-Modesto,2012年)。特别是基于重整化群的量子爱因斯坦引力(QEG)形式主义在爱因斯坦–希尔伯特作用量中引入了尺度依赖的耦合,从而产生了量子修正的黑洞解(Bonanno和Reuter,2000a,2002a,2004a;Dou和Percacci,1998年;Koch和Saueressig,2014a,2014b;Lauscher和Reuter,2001,2002;Litim,2004;Percacci和Perini,2003a,2003b;Perini,2004;Reuter,1998;Reuter和Saueressig,2002;Reuter和Tuiran,2011;Reuter和Weyer,2004a,2004b;Souma,1999年)。这些模型激发了关于量子修正黑洞的阴影、稳定性、准正常振荡、热力学特性和透镜效应的广泛研究(Cao等人,2024年;Fatima等人,2025年;Skvortsova,2024年;Yang等人,2023年;Zhang和Wang,2024年;Zhao等人,2024年),从而丰富了引力的理论和观测研究。
通过对LIGO–Virgo合作组织探测到的引力波以及事件视界望远镜(EHT)对M87*的成像等里程碑式发现,黑洞的存在已经得到了坚实的证实(Abbott等人,2016年;Akiyama等人,2019年)。在黑洞附近的各种物理过程中,吸积作为一种强大的机制,将引力势能转化为辐射,解释了包括类星体和双星系统的X射线辐射在内的广泛高能天体物理现象(Babichev等人,2011年;Bhadra和Debnath,2012年;Frank等人,2002年;Ganguly等人,2014年;Jamil等人,2008年;Madrid和González-Díaz,2008年;Nampalliwar和Bambi,2026年;Schroven等人,2017年;Yuan和Narayan,2014年)。由Shakura和Sunyaev(1973年)开发的经典薄盘模型,后来由Novikov和Thorne(1972年;Novikov,1973年)扩展,仍然是模拟吸积流辐射特性的基石。准周期振荡(QPOs)最早在20世纪80年代的X射线双星系统中被探测到,作为探测最内盘区域相对论动力学的诊断工具(Qi等人,2023年;Rayimbaev等人,2019年)。最内稳定圆轨道(ISCO)定义了稳定轨道运动的临界半径,并决定了吸积盘的最大辐射效率(Xie和Yuan,2012年)。ISCO半径的任何变化都反映了潜在时空几何的变化,从而提供了一种观测手段来测试广义相对论的潜在扩展(Tursunov等人,2016年-Johannsen和Psaltis,2011年)。
在各种理论框架内,如重整化群改进的时空和规则化量子引力模型中,已经广泛探讨了黑洞几何的量子修正,以理解其潜在的天体物理后果(Atamurotov等人,2023年;Chen等人,1959年;Ramos等人,2021年;Mandal,2022年;Xi等人,2024年;Zuluaga和Sánchez,2021年)。这些研究表明,量子效应可以显著改变时空几何,影响测试粒子的运动,影响吸积盘的通量发射,并重塑辐射能量的光谱和热谱。然而,大多数先前的工作都集中在中性量子修正的度量上,忽略了电磁电荷的作用(Shu和Huang,2025年)。因此,电荷和量子修正对轨道运动、能量耗散和盘发射的同时影响尚未得到充分探讨,这在我们对量子修正黑洞天体物理学的理解中留下了一个重要空白。
在本文中,我们旨在通过研究结合了电磁和量子引力修正的QCRN-BH周围的吸积动力学来填补这一空白。这一综合框架提供了几个新的物理见解。首先,电荷参数Q和QC参数ω的同时影响导致ISCO半径的非平凡位移,改变了与纯电荷或纯量子情景相比的圆轨道稳定性标准。其次,Q和ω之间的相互作用显著影响了盘的辐射特性——降低了峰值通量,将发射最大值向外移动,并降低了整体辐射效率。第三,结果表明,QCs可以增强或抵消电荷诱导的效应,产生不同的观测特征,有助于通过吸积现象识别量子引力效应。总之,这项研究为理解电磁和量子引力效应如何共同调节带电致密物体周围的吸积过程提供了一个统一和定量的框架,超越了之前探索的中性模型。
应当注意的是,这里采用的一般方法遵循了早期研究量子修正黑洞时广泛使用的测地分析方法,包括Shu和Huang(2025)的研究。然而,当前工作引入了重要的扩展,突出了其新颖性。与Shu和Huang(2025)研究的中性量子修正的Schwarzschild时空不同,当前研究关注的是同时包含电荷和QC修正的QCRN几何。这种概括使得系统地研究参数Q和ω如何影响测试粒子运动、ISCO特性和薄盘辐射成为可能。除了度量扩展之外,当前分析还探讨了这些效应对有效势、轨道能量、角动量和发射特性的联合依赖性。通量剖面、温度分布和辐射效率的相应偏差代表了中性配置中不存在的独特特征。此外,本文在(Q,ω)参数空间中绘制了这些依赖性,提供了对电磁和量子效应如何共同支配盘行为的更深入见解。因此,这项研究的新颖性不仅在于采用的时空模型,还在于其全面的理论解释以及对带电黑洞环境中量子修正的潜在现象学诊断的识别。
本文的结构如下。第二节概述了量子修正带电几何和赤道平面内大质量粒子运动的理论背景以及相应的有效势。第三节讨论了轨道参数(如比能量、角动量和角速度)的计算。第四节研究了薄吸积盘的物理特性,包括通量、温度和亮度剖面。第五节总结了主要结果及其天体物理意义。