超大质量双黑洞系统中的吸积盘Formationand.pptx
终于发现围绕着我们星系黑洞的吸积盘
2019.08/中国科技教育／67某些特大质量的黑洞是以拥有沿轨道运行的气体组成的炽热圆盘而宣告它们存在的。
但是银河系中心的“巨兽”却显得非常害羞与庄重。
现在，天文学家们终于发现了这个黑洞由陨落物质形成的发出微光的吸积盘，这是一个被长期怀疑但却从未被观察到的存在。
“我为我们终于能够看到它而惊讶不已。
”来自美国新泽西州普林斯顿高级研究院的天体物理学家Elena Murchikova 说道。
研究人员使用位于智利北部的ALMA 阵列（ALMA 阵列是一个国际合作的天文设施，由欧洲、北美、东亚与智利共和国合作运作。
工作波段位于毫米波和亚毫米波，由于其工作的波段处于人眼看不到的波长上，因此可以发现许多宇宙物体）发现了这个圆盘，他们在6月6日的《自然》杂志上就此作了报告。
以人马座A（Sagittarius A *）命名的银河系特大质量黑洞是一头“巨兽”，它的质量是太阳的400万倍。
当某些黑洞狼吞虎咽地将它周围的气体和尘埃吞下时，人马座A 却显得比较挑食。
这种“营养不良”的黑洞没有足够的“食物供给”而让它们周围的气体发出明亮的光芒，Murchikova 说道。
这个圆盘被削弱的光芒有助于解释为什么科学家可通过视界望远镜捕获到更加遥远的M87星系的中心黑洞图像，而迄今为止却没能观测到人马座A 图像的原因。
此前科学家们曾经在人马座A 附近观察到释放出高能X 射线的炙热（大约1 000万开氏度）气体云，以及围绕黑洞运动的恒星气体云，但是这些气体源看起来并不能组成一个整齐的、绕轨运行的圆盘。
Murchikova 和同事们将他们的搜寻聚焦于温度较低的气体上，它们大约10 000开氏度，位于距人马座A 2 800亿千米之内。
如果只观察炙热的气体，她解释道，就像通过聚焦沙漠的夏天而试图了解地球的气候。
“这2种气体都会坠入黑洞。
你需要1张全景图。
”Murchikova 说道。
ALMA 通过在1个特殊的波长内观察光粒子来对低温气体进行测量。
超大质量黑洞吸积辐射能谱的新规律揭示
超大质量黑洞吸积辐射能谱的新规律揭示
超大质量黑洞是宇宙中最具吸引力的天体之一，它们的存在和演化对宇宙的形成和发展有重要影响。
黑洞的质量越大，其吸积盘辐射的能谱也越强烈。
近期的研究发现了超大质量黑洞吸积辐射能谱中的一种新规律。
之前的研究表明，超大质量黑洞吸积辐射能谱的形状与黑洞的质量有关，即质量越大，能谱越宽。
然而，最新的研究发现了一个更为精确的关系，即能谱的宽度与黑洞质量的对数成线性关系。
研究人员对多个观测到的超大质量黑洞的能谱进行了分析，并与数值模拟数据进行了对比。
他们发现，所观测到的能谱宽度与黑洞质量的对数成线性关系的现象在不同黑洞和不同辐射波段上都得到了有效验证。
这个新规律对理解超大质量黑洞的演化和物理过程具有重要意义。
通过测量能谱的宽度，我们可以更准确地估计黑洞的质量，并推断黑洞的吸积过程和辐射机制。
此外，该规律还可以用于研究光学相对论效应和黑洞自旋等基本物理问题。
总的来说，这项研究揭示了超大质量黑洞吸积辐射能谱的新规律，为我们理解和研究这些神秘天体提供了新的线索。
这一发现有望促进我们对宇宙演化和黑洞物理的认识，为未来的研究提供更多的启示。
Supermassive Black Hole Binary in AGNs
3、次黑洞 穿过吸积盘
4、次黑洞 离开吸积盘
3、Slim盘：几何厚、光学厚 Slim盘 几何厚、 如果粘滞中等α~0.03，几何厚度较大δ=H/R>0.05（标准盘 如果粘滞中等α~0.03，几何厚度较大δ=H/R>0.05（标准盘 δ<0.01），q>qmin=10-3，轻盘→有gap <0.01），q>q ，轻盘→ 密度波以波模式传递能量： 1. 向外能量：因无外边界， 传递到无穷远处 2. 向内能量：吸积盘内边界 反射回gap内边界，内边 界再反射→能量聚积 外Lindblad位置
Supermassive Black Hole Binary in AGNs
刘富坤
北京大学天文系
2006年4月22日
内容
巨型双黑洞的形成
–形成于AGNs活动触发时 形成于AGNs活动触发时 形成于AGNs
双黑洞与各种吸积模式的相互作用
–知识主要来源于恒星-行星系统中行星与 知识主要来源于恒星知识主要来源于恒星 吸积盘相互作用
一个星系两个活动星系核：射电波段（VLBA） 一个星系两个活动星系核：射电波段（VLBA）
0402+379 (z=0.055)
1. 一个椭圆星系中 2. 双核分离：7.3 pc 3. 宽发射线：普线双峰 分离300 km/s 4. M∼1.5x108M⊙
4、喷流中断与再生： 、喷流中断与再生：
DDRG J0116-473（Liu, Wu, Cao, 2003） （ ）
观测现状 巨型双黑洞研究中的问题与未来
1、相互作用使低角动量
的气体流向中心黑洞，激 发类星体与活动星系的活 动：巨型黑洞吸积和增长
2、原星系中心的黑 洞形成巨型双黑洞
剧烈活动的超大质量黑洞(上)
观 测 证据 似 乎 有 利 于 黑洞 先 于 星
年发射 了宇宙背景探测卫星 ，以高 于 １ 的精度测量 了宇宙微波背景辐 ％ 射 的温度 。第一批观测发现辐射是 各 向同性 的，更加灵敏 的观测揭示 了对于完全的各 向同性有微小偏离， 称 为各 向异性 。 在改正 了地球 、 太阳、 银河系、本星系群和本超星系 团相 对 于普 遍哈 勃流 的合成运 动之后 ，
围着 中心正是表 明附近一定 隐藏着
一
个强大 的引力源 。否 则它们 就会
积周 围的物质 。由于它们的引力无 比巨大 ，因而 以不可抗拒 的态势将 它周 围密度极高 的物质—— 恒星和
星 际物 质 （ 气体和尘埃 ） 拖入它 的万
四散而去， 不至于形成图像里如此 明 显 的恒星集 中的亮 点。Ｎ Ｃ ０ ２星 Ｇ７５ 系 内有一个巨大的 （ 直径 ３ ０ 光年） ７０ 寒冷 的气体和尘埃盘 ，这个盘 的中 心有一个质量估计为３ 亿太 阳质 量 的超 大 质 量 黑洞 。 人们用 计算机 模拟 了椭 圆 星系 Ｎ Ｃ ０ ２的活动 。在 Ｇ ７５
现 在天体物理学家 以他们 称为
。
科 学 大 观 园
“ Ｂ＋＋”的机 制 来 说 明 喷流 的发 射 。这就 是一个黑洞 （） 加 （ ） Ｂ ， ＋ 一 个旋 转的吸积盘 ，加 （ ） ＋ 一个冻结
一
中一部分在宇 宙早期 已经形成 ，另 部 分 则在 后 来 通 过 星系 碰 撞 生 成 。关于天体物理学家们提 出的宇 宙版 “ 有鸡还是先有蛋”的问 先 题 ：超大质量 黑洞和它们 寄居 的星 系 ，究竟是哪个 出现在先 ？ 已有 的
吸积盘的蒸发与冕
Disk reconnection
Two solutions for disk-corona model
Mdot varying up and down hard/soft spectral transition
Change occurs at L~1037ergs/s (Mdot~1017g/s)
Change from outer thin disk to inner corona/ADAF
Done et al. 2004
经典吸积盘与冕的蒸发模型
Meyer & Meyer-Hofmeister 1994
X-rays
evaporation
disk BH/NS/WD
Conductive heat
corona
Large dT/dz Mass and energy exchange Originally aims to solve UV delay in DN outbursts
SED indicates hot plasma + cold gas, which is commonly thought to be corona+thin disk
Theoretical disk+corona model in AGNs
盘与冕特征：AGN盘辐射强，导致很强的逆 Compton散射
SED: power-law Radio: synchrotron IR: warm dust grain BBB: disk Soft x-ray excess+ hard X-ray tail: disk+comptonization+Bremsstrahlung 6.4keV fluorescent iron lines: reflection of hard X-rays
论述大质量黑洞吸积模型的原理
论述大质量黑洞吸积模型的原理
论述大质量黑洞吸积模型
引言
•介绍大质量黑洞的概念和重要性
•解释黑洞吸积模型的基本概念
理论背景
•简要介绍相对论和引力理论的基本原理
•说明黑洞形成的物理过程和条件
大质量黑洞的吸积现象
1.基础知识
–解释黑洞的质量和吸积过程的概念
–介绍黑洞周围的吸积盘和吸积流的形成
2.吸积盘模型
–详细解释吸积盘的结构和运动方式
–描述吸积盘中物质的特性和演化过程
–介绍吸积盘模型的发展和应用
3.吸积流模型
–解释吸积流的形成和特性
–比较吸积盘模型和吸积流模型的异同
大质量黑洞吸积模型的研究进展
•简述大质量黑洞吸积模型的历史发展
•介绍吸积模型在天文观测中的应用
•讨论目前的研究发现和未来可能的突破点
结论
•总结大质量黑洞吸积模型的重要性和应用前景
•强调继续研究的必要性，并展望未来可能的进展
以上是一份涵盖了大质量黑洞吸积模型的相关原理的文章，采用了Markdown格式，并按照标题副标题的形式进行组织。
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超大质量双黑洞系统中的吸积盘Formationand
的而FRI射电星系中的吸积盘则很可能是非标准的
•观测：大约 7%的射电源属于X-形态源 [Leahy & Parma 92] •理论：喷流等离子体遗迹可探测时间大约一千万年，7%的探测概率意味 着低亮度的FRII射电星系寿命大约一亿年。这和测得的AGN寿命一致
rL
1
1 m
2/3
rs
m=
if 104
The whole inner region is destroyed by waves
if 104 and H/r<0.1
Opens a gap in the accretion disk The outer boundary of the gap:
evolution merging
Galaxy + galaxy
Normal galaxy
星系与活动星系的大统一模型（？）
gas: starbursts galaxy Evolution Short-lived AGNs
Martini 2004 106 yr tQ a few 108 yr
1.3、Gravitational Wave Astrophysics:
•观测：喷流遗迹与寄住星系盘垂直 •理论：在吸积盘与超大质量双黑洞发生相互作用前，吸积盘因角动量守恒 而与星系盘共面，因而产生的喷流与吸积盘和星系盘垂直
•观测：活动的喷流随机取向 •理论：新喷流方向垂直于双黑洞轨道面，而星系并合形成的超大质量双黑 洞相对于星系盘取向随机
Random distribution of jet orientations (Liu, Zhang, Wu, 2005, in preparation)
超大质量黑洞
(University of Warwick, retTremendous amounts of energy from the center of a galaxy Excess emission across almost all wavelengthes Accretion of mass onto SMBH (~1E6-1E10 Msun) Most luminous persistent sources of electromagnetic radiation Three key components
(Adapted from http://www2.iap.fr/users/volonter/)
Mechanism III: runaway collisions in dense stellar clusters
• Pros: proceed in regions with significant molecular gas, do not require extremely high inflow rates • Cons: smaller BH seeds with ~1E3 Msun
Distinguish btw mechanisms observationally
• Different predictions for the masses and space densities of the BH seeds
--- Measuring number density of z>4 AGNs, but limited to high-z optical quasars (e.g., Fan+06,Jiang+09, Willott+10, Mortlock+11) --- Searching for X-ray counterparts to high-z optical and IR sources (Fiore+10)
超大质量双黑洞：引力的终极之舞—写在广义相对论一百周年
超⼤质量双⿊洞：引⼒的终极之舞—写在⼴义相对论⼀百周年陆由俊（国家天⽂台研究员）双⿊洞是由两个相互绕转的⿊洞构成的⼀类特殊天体系统，是当前天体物理领域中最热门的系统之⼀，它们关乎我们对宇宙星系结构形成的理解、对⼴义相对论和引⼒物理的终极检验。
本⽂旨在介绍双⿊洞系统及其研究现状和展望。
在介绍双⿊洞之前，我们⾸先来介绍什么是⿊洞以及其相关的物理现象。
单⿊洞：⼀百年前，爱因斯坦提出了⼴义相对论和场⽅程来描述引⼒和宇宙。
在第⼀次世界⼤战的⼀条战壕内，卡尔.史⽡西灵光闪现给出了爱因斯坦场⽅程的真空解，也即不转动⿊洞的时空⼏何度规。
战壕外隆隆的枪炮声似乎是在迎接现代意义上的⿊洞这⼀神奇概念和理论的诞⽣。
随后经过钱德拉塞卡、奥本海默、霍⾦、克尔和惠勒等⼤师超过半个世纪的逐步发展和完善，⿊洞已经成为⼀个成熟的完整理论体系。
今天，众所周知，⿊洞是宇宙中最简单最优美的天体。
天体物理⿊洞的完整描述只需要两个量，即质量和⾃旋(⿊洞⽆⽑定律)。
⿊洞的超强引⼒使得⼀切物体甚⾄光线都不能逃出其视界(⼀个太阳⼤⼩的不转动⿊洞的视界只有约3公⾥，⼀亿个太阳质量⼤⼩的⿊洞的视界则只有⽇地距离的⼀⾄两倍)。
致命的引⼒使得它们成为宇宙中⽓体和恒星的坟冢，⼀切过于靠近它们的物体都将被撕裂吞噬。
它们暗⿊⽆边，看似难以发现，但在吞噬⽓体和恒星的过程中它们⼜成为宇宙中最为明亮的天体，即类星体或活动星系核。
它们的视界代表着时空的边缘，在遥远的观测者看来空间可能在这⾥终⽌、时间可能在这⾥被冻结。
⿊洞的这些奇妙性质使得它们不仅成为最基础科学研究的前沿热点，⽽且也是媒体的常客、公众时不时的焦点、科幻⼩说和影视的宠⼉。
⿊洞如此致密，相对尺度如此之⼩，以⾄于⽬前只有少数具有极⾼分辨率、极⾼灵敏度的⼤型望远镜，⽐如哈勃空间望远镜，才可以观测⿊洞近邻区域的星体或⽓体物质的运动，从⽽通过动⼒学特征发现它们的存在。
⿊洞存在的⼀个最好的例⼦就是我们银河系中⼼的超⼤质量⿊洞。
黑洞吸积盘发电机制分析
黑洞吸积盘发电机制分析引言黑洞吸积盘是宇宙中最神秘、尚未完全理解的物体之一。
它们被认为是吸积了大量物质的黑洞周围的旋转盘状结构。
这种吸积盘不仅是宇宙中光亮的天体现象之一，还被认为可能是未来的高效能源来源之一。
本文将深入分析黑洞吸积盘的发电机制，带领读者探索黑洞这一奇妙之物的能源潜力和工作原理。
黑洞的基本概念黑洞是由大量物质塌缩形成的一种极端致密天体。
由于其极大的引力，引力场非常强大，连光都无法逃离其影响范围。
黑洞的基本特征包括质量、自转和电荷。
其中自转是黑洞吸积盘发电的关键机制之一。
吸积盘的形成吸积盘是黑洞周围的旋转物质盘，它主要由气体和尘埃组成。
当物质进入黑洞影响范围时，会受到黑洞极强的引力作用，被吸引到黑洞表面附近。
受到黑洞的自转和角动量守恒原理影响，进来的物质开始旋转，形成盘状结构。
黑洞吸积盘的能源黑洞吸积盘的能源主要来自于物质的引力势能。
当物质从外部进入吸积盘时，由于黑洞强大的引力作用，物质会释放出巨大的能量。
这是因为物质在逐渐下降到黑洞的过程中，会经历摩擦和碰撞，使得其温度升高。
高温物质的运动将导致强烈的辐射，包括热辐射、X射线和伽马射线等。
这些辐射能量可以被捕获并转化为电能，从而形成吸积盘发电的基础。
黑洞吸积盘发电机制的工作原理黑洞吸积盘发电机制的工作原理可以分为三个关键步骤：物质注入、能量释放和电能转化。
1. 物质注入：物质从周围空间进入吸积盘并逐渐下降到黑洞的表面。
这些物质可能来自星体附近的恒星残骸、行星碎片和星际介质等。
2. 能量释放：物质在下降的过程中，由于黑洞的极强引力和吸积盘内部的摩擦作用，会释放出大量的能量，主要包括热辐射、X射线和伽马射线等。
这些能量的释放是黑洞吸积盘的关键步骤，形成了吸积盘发电的动力源。
3. 电能转化：释放出的能量可以通过多种方式被电能捕获和转化。
一种方法是利用热辐射产生的光能，通过太阳能电池或其他光电转化技术转化为电能。
另一种方法是利用X射线和伽马射线产生的高能粒子，通过粒子加速器等技术转化为电能。
银河系附近发现超大质量双黑洞
银河系附近发现超大质量双黑洞:旋转似中国太极2015年09月02日08:16 新浪科技微博我有话说(161人参与)收藏本文在银河系附近一个星系的中心，天文学家发现了一对超重黑洞(特大质量的黑洞)。
它们就如同一对滑冰运动员，围绕着彼此不断旋转。
双黑洞产生的能量极其巨大，使得寄主星系中心的亮度大大强于星系中成千上万的恒星，科学家将其称为类星体。
这两个中央黑洞是在Markarian 231星系发现的，这项发现也表明双黑洞系统可能比人们原先预想的要普遍。
Markarian 231星系距离地球5.81亿光年，科学家们通过哈勃望远镜观察从Markarian 231星系发出的紫外线，发现了双黑洞系统“极端且令人叹为观止的性质”。
新浪科技讯北京时间9月2日消息，据国外媒体报道。
在银河系附近一个星系的中心，天文学家发现了一对超重黑洞(特大质量的黑洞)。
它们就如同一对滑冰运动员，围绕着彼此不断旋转。
双黑洞产生的能量极其巨大，使得寄主星系中心的亮度大大强于星系中成千上万的恒星，科学家将其称为类星体。
本次观测到的两个中央黑洞是在Markarian231星系发现的，这项发现也表明双黑洞系统可能比人们原先预想的要普遍。
类星体是超重黑洞周围包含气体与尘埃的过热区域。
它们的温度非常高，常常被认为是宇宙中最为耀眼明亮的物体，亮度可以达到它们的寄主星系的千万倍。
但这种极度明亮的状态只占据星系整个寿命的一小部分，使之非常罕见。
由美国奥克拉荷马大学领导的天文学家团队通过NASA的哈勃太空望远镜，发现了这个双黑洞系统。
Markarian231星系距离地球5。
81亿光年，科学家们通过哈勃望远镜观察从Markarian231星系发出的紫外线，发现了双黑洞系统“极端且令人叹为观止的性质”。
如果在该类星体中心只存在一个黑洞，那么由其附近炽热气体形成的吸积盘就会发射大量的紫外射线。
然而，观测显示来自盘中心的紫外辐射骤然减弱。
这一特征就为吸积盘上存在着一个巨大的绕中心黑洞旋转的面包圈洞结构提供了有力观测证据。
超大质量黑洞
史瓦西半径的公式： G=6.67×10-11，是引力常量 M为天体质量 c=3×108m/s光速（应为m/s取近似） 密度公式ρ=m/v 球体体积 密度 除了M均为常量 代入π=3.14…… G=6.67×10-11 c=3×108m/s
形成
超大质量黑洞的形成有几个方法
超大质量黑洞最明显的是以缓慢的吸积（由恒星的大小开始）来形成。另一个方法涉及气云萎缩成数十万太 阳质量以上的相对论星体。该星体会因其核心产生正负电子对所造成的径向扰动而开始出现不稳定状态，并会直 接在没有形成超新星的情况下萎缩成黑洞。第三个方法涉及了正在核塌缩的高密度星团，它那负热容会促使核心 的分散速度成为相对论速度。最后是在大爆炸的瞬间从外压制造太初黑洞。
2022年5月17日，NASA公布了一段来自2.5亿光年外的英仙座星系团中心黑洞的音频，有友评论其像“恐怖电 影配乐”。
研究发现
银河系中心的黑洞
银河系中心的黑洞天文学家发现每个星系中央都潜伏着一个超大质量黑洞，我们所在的银河系中央同样有一 颗，这颗超大质量黑洞距离我们大约2.7万光年，星系中央的超大质量黑洞可以统治整个星系内的所有天体，而 科学家正在不断发现质量更大的超级黑洞。
其它相关
多普勒效应量度
超大质量黑洞直接量度围绕邻近星系核心的水迈射的多普勒效应，只有在中央高物质密度的情况下，才可以 发现很快速的开普勒运动。现时唯一已知可以在细小空间中包含足够物质的是黑洞，或是在天体物理学上很短的 时间内将变成黑洞的物体。对于较远的活跃星系，宽谱线的阔度可以用来探测围绕近视界的气体。反射绘图的技 术就是利用这些谱线的变化来量度其质量，而黑洞的旋转有可能加速了活跃星系的“引擎”能量。
形成超大质量黑洞条件
形成超大质量黑洞的问题在于如何将足够的物质加入在足够细小的体积内。要做到这个情况，差不多要将物 质内所有的角动量移走。向外移走角动量的过程就是限制黑洞膨胀的因素，并会导致形成吸积盘。
双黑洞系统的形成和演化机制研究
双黑洞系统的形成和演化机制研究黑洞是宇宙中最神秘而又恐怖的存在之一。
它们无法被直接观测到，但却以其极强的引力场而闻名。
而当两个超大质量黑洞相互接近并合并时，便形成了一个双黑洞系统。
这一过程虽然罕见，但至关重要，对于我们理解宇宙的起源和演化具有重要意义。
首先，我们来看双黑洞系统的形成机制。
现如今，宇宙中有许多星系，每个星系内都可能存在着一个或多个超大质量黑洞。
它们随着星系的形成和演化逐渐积累质量。
当两个星系发生碰撞、交互作用或引力相互作用时，它们的超大质量黑洞也会受到影响。
有时，这两个超大质量黑洞靠近到一定距离，彼此围绕着共同的中心点旋转，形成了一个双黑洞系统。
然而，双黑洞系统的演化过程并不平稳。
由于黑洞的强大引力场，它们会不断地产生引力波并释放能量，导致黑洞性质的改变。
随着时间的流逝，这两个黑洞逐渐减小其轨道半径，最终可能会合并成为一个更大的黑洞。
这一过程中释放出的能量极其巨大，甚至可与数以太阳质量计算的能量相当。
因此，双黑洞系统的形成和演化为我们研究恒星的形成、星系的合并以及宇宙整体演化提供了重要线索。
值得一提的是，黑洞合并的过程在宇宙中属于相对较慢的过程。
根据科学家观测到的数据，宇宙中的黑洞合并事件频率并不高。
然而，由于我们对宇宙的理解还非常有限，尚无法准确预测和估计这一过程的发生概率。
因此，对于双黑洞系统的形成和演化机制的深入研究显得尤为重要。
为了更好地理解双黑洞系统的演化机制，科学家利用大型望远镜、天文卫星等设备对宇宙中的黑洞进行观测和研究。
这些观测数据通过复杂的计算和分析，帮助科学家们揭示了黑洞的行为和特性。
通过观测黑洞合并事件产生的引力波，科学家们得以进一步了解黑洞的形成和演化机制。
另外，科学家们也在实验室中模拟了黑洞的形成和合并过程。
他们利用超级计算机和复杂的数学模型，模拟了从恒星形成，到超大质量黑洞形成，再到双黑洞系统合并的全过程。
这些模拟结果不仅为我们解释这一过程提供了理论支持，也可以通过与观测数据的对比来验证模型的正确性。
AstronomyPictureoftheDay——黑洞周围的旋涡状吸积盘
AstronomyPictureoftheDay——黑洞周围的旋涡状吸积盘Animation: Spiral Disk around a Black HoleIllustrated Animation Credit: ESA, NASA, Hubble, M. KornmesserExplanation: What would it look like to orbit a black hole? Many black holes are surrounded by swirling pools of gas known as accretion disks. These disks can be extremely hot, and much of the orbiting gas will eventually fall through the black hole's event horizon -- where it will never been seen again. The featured animation is an artist's rendering of the curious disk spiraling around the supermassive black hole at the center of spiral galaxy NGC 3147. Gas at the inner edge of this disk is so close to the black hole that it moves unusually fast -- at 10 percent of the speed of light. Gas this fast shows relativistic beaming, making the side of the disk heading toward us appear significantly brighter than the side moving away. The animation is based on images of NGC 3147 made recently with the Hubble Space Telescope.黑洞周围的旋涡状吸积盘环绕黑洞运行看起来会是什么样的景象？很多黑洞都被名为吸积盘的旋涡状气团所围绕着。
银河系中心超大质量黑洞
!""#： $$%%%& %’()& *+& +,- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 物理
评述 史瓦西半径约是 ’24； 对于具有太阳质量 （ $ 5 ’% "% 67） 的黑洞的史瓦西半径是 "64- 但小于 " 倍太阳质 量 （ 即奥本海默限） 的黑洞只可能形成于宇宙演化 的极早期或在大爆炸之后不久， 这包括霍金预言的 正在蒸发的会发出 ! 辐射的原初黑洞， 质量为 ’% ’$ 67， 至今人们还没有发现任何表明这类微黑洞存在 的观测证据- 目前我们知道的黑洞依其质量可以分 为两类： 一类是前面提及的大质量恒星演化晚期的 产物， 其质量是 " —8% 倍左右的太阳质量， 通常被称 为恒星级黑洞 （ 9)://1;<4199 =/126 (>/: ） ； 另一类是普 遍存在于星系中心的超大质量黑洞 （ 9.*:;<41990?: =/126 (>/:） ， 其质量从几百万到几十亿太阳质量都 有， 目前已 知 的 最 轻 的 超 大 质 量 黑 洞 是 一 个 叫 做 @AB 8$ 的塞弗特星系， 质量是太阳质量的数十万 倍
［ .7 ， .= ］ 从而慢慢地蒸发 ， 其蒸发时标与黑洞质量的 =
， 但
当时学术权威爱丁顿 （ A55),B":, C ） 等对此极力反 对和封杀， 在某种程度上使得关于黑洞的诸多性质 的研究推迟了 7D 多年& 当恒星质量超过钱得拉塞卡限时， 相对论性电 子简并压力已无法与重力抗衡， 恒星会继续收缩并 通过超新星爆发向外喷发出大部分的质量， 仅在其 中央残留一个密度极高的核， 该核的密度是如此之 高， 以致于其中的电子会进一步塌缩到质子内部， 形 成一个完全由中子组成的星 （ 类似于白矮星中的电
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evolution merging
Galaxy + galaxy
Normal galaxy
星系与活动星系的大统一模型（？）
gas: starbursts galaxy Evolution Short-lived AGNs
Martini 2004 106 yr tQ a few 108 yr
1.3、Gravitational Wave Astrophysics:
2、 超大质量超大质量双黑洞的形成 与pc尺度困难
束缚态超大质量双黑洞的形成
Galaxy interaction
动力学粘滞在这过程中起决定性作用
Dynamic friction
Bound SMBBHs
低角动量的气体流向中心黑洞，形成吸积盘，引发活 动星系核的活动。
• 在此时，双黑洞间的束缚能小于星系中背景恒星随 机运动能，双黑洞处于非束缚态：
MNRAS)
我们应该在紧邻星系中探测到 大量的超大质量双黑洞
现有的观测表明，近邻星系中并不存在 超大质量双黑洞！
so called
pc-scale problem
Possible
Hierarchical galaxy formation model is wrong or binary can lose its angular momentum due to other mechanism(s)
The binary may stall at ~100rg < a < ~10,000rg for a time-scale longer than the Hubble time-scale
Numerical computations dynamic friction:
(e.g. Yu 2002,
•Ultra-luminous infrared galaxy •Unusual optical morphology: interacting galaxy •Two x-ray active nuclei: luminous, hard X-ray
NGemC6is2si4on0,:strong neutral iron lines from both nuclei •aN~uc1le.a4r skeppcaration: ~1.5”=1.4 Kpc
背景恒星同时与双黑洞发生三体碰撞，获恒星的随机运动能 相当时，碰撞使恒星获得逃逸速度，而离开原来位置。 于是在双黑洞周围相空间形成无恒星的损失锥
GmM
ahd 4 2 (m M )
~3101 pc
q 0.1
(1
q)1
M 108 M
2
200km/s
LISA探测器的一个主要源
探测广义相对论预言的引力波， 检验广义相对论在极端条件下的适用性
NS + NS NS + BH WD + NS
Gravitational radiation
LIGRO, etc
Big bang
Gravitational radiation
LISA
SMBH + SMBH Gravitational radiation
a GM / 2
10
pc
M 108
m M
2
200km/s
• 当束缚能大于随机运动能时，双黑洞进入束缚态
Pre-merger candidates: 3C75A,B of double-pairs of radio jets
Two active nuclei in one galaxy
LISA
1.4、解释活动星系核中特殊观测特性
●解释VLBI尺度上射 电喷流的螺旋形结构
（Begelman et al , 1980, Nature）
4C12.50
●解释喷流喷嘴方向的 周期性进动：
BL Lac
●解释活动星系核中周期性光学爆发
BL Lac object OJ287: p=11.86 yr (Sillapaa et al. 1988, ApJ, Liu & Wu 200, A&A)
（•K2Mo0am0s3os,srsAaatpi,oJeL:t）qa=l.m, /M ~1/3 (major merger) •BH masses: ~ 107 M each
•2nd candidate: NGC3690/IC694 (Arp 299) [Ballo et al. 04]
双黑洞变硬
观测：几乎坐所有星系 中心都存在超大质量黑洞
理论和观测：小结构首先形成， 并合形成大的目前看到的星系
第一代大（中等）质量黑洞
星系并合不可避免地形成 超大质量双黑洞
吸积与并合形成超大质量黑洞 及其自转
Mice 星系的形成和演化
1.2、活动星系核供能问题
星系相互作用与并合产生的非对称作用使星系盘中气体角动量再 分布，低角动量的气体流向中心激发活动星系核的活动
超大质量双黑洞系统中的吸 积盘
刘富坤
北京大学天文系
目录
为什么研究大质量双黑洞及其吸积盘 大质量双黑洞的形成 大质量双黑洞与吸积盘的相互作用 大质量双黑洞的并合及引力波探测 结论
1、为什么要研究超大质量双黑洞
1.1、观测和ΛCDM宇宙学星系形成和演化理论
NGC4676：老鼠星系
在现在流行的ΛCDM宇宙学中，星系形成是一等级过程
于是，无动力学粘滞和恒星碰撞，角动量无法损失
在互相绕着质心旋转时，双黑洞产生引力波辐 射，可以带走角动量
The gravitational wave radiation becomes important only when [Liu, Wu, Cao 03]
a acr ~100rG ~ 103 pc
3、 超大质量双黑洞与吸积盘的相互 作用
由于活动星系核吸积盘半径
rd 104 rG ~ 0.11pc
双黑洞在变硬的时候就与吸积盘发生相互作用
对星系并合形成的超大质量双黑洞，与 吸积盘的相互作用决定了其变硬后的演 化命运
(Ivanov et al., 99, Liu, et al., 03, Liu 04)
我们不清楚双黑洞是如何开始与吸积盘发生相互 作用
• 两个假设:
• 吸积盘物质来源于星系 盘，于是因角动量守恒 而与星系盘共面。如果 有喷流，喷流则与星系 盘垂直