超级大质量黑洞:泄露星系中心秘密的“终极告密者”

2022年05月21日 09:15 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

宇宙中包含许多不同大小的黑洞。虽然恒星级黑洞的质量是我们太阳质量的10-50倍,但超大质量黑洞则是我们太阳质量的几百万甚至几十亿倍。这些超大质量黑洞(SMBH)是如此之大,以至于它们能够(相当程度上成为其星系的中心。它们的引力将恒星、中子星和较小的黑洞等天体拉到它们周围的轨道上。

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引力也将周围的气体和尘埃拉入一个螺旋式的轨道,其终点必然是SMBH。随着气体的旋转,它因摩擦而变热,甚至可以产生明亮的辐射 “喷流”。旋转的气体被称为吸积盘,这些吸积盘可能非常厚,甚至可以把一些天体藏在里面。不幸的是,吸积盘内天体之间发生的事情对我们来说是隐藏的--我们的眼睛无法看透这些气体“幕布”。然而,这些天体合并所产生的引力波却有助于揭开谜底:它们穿过了气体“幕布”,让科学家们同时研究吸积盘和合并的天体。

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科学家们一直在模拟吸积盘内的天体,以了解这些吸积盘内能发生多少次合并,以及天体在合并前的方向是什么。在这些模拟的基础上,科学家们构建了一个“模型 ”来研究吸积盘的年龄和密度。

活跃星系核(AGN)是合并的二元黑洞(BBH)系统组装的有希望的环境。在探测到来自据称的一对不稳定质量间隙的BBH系统的引力波之后,人们对AGNs作为合并BBH的“托儿所”的兴趣正在上升,其中最引人注目的是GW190521。活跃星系核也被用来解释高质量比系统的形成,GW190814。

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科学家们借鉴了AGN中BBH系统的模拟,提出了AGN盘中合并双星的黑洞自旋分布的现象学模型。该模型包含了一些明显的特征,使AGN通道有可能与其他通道区分开来。该模型的参数可以被启发式地映射到AGN盘的年龄和密度上。科学家们估计AGNs中不同的合并群体可以被区分的程度。如果大多数合并的黑洞是在AGNs中形成的,那么未来的引力波观测可能会提供对AGN盘动态的洞察力。

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