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巨型黑洞的宇宙学演化取得重要进展


我所粒子天体物理重点实验室王建民、胡晨等与英国、意大利、美国和德国等4国天文学家合作,于2009年6月1日在"天体物理学杂志快讯"(The Astrophysical Journal Letters)上正式发表了关于巨型黑洞吸积增长模式及其自转宇宙学演化的研究结果。他们首次建立了描述巨型黑洞和星系共同演化的η-方程,并在此基础之上,分析了斯隆(Sloan)数字巡天的类星体资料以及空间和地面大型望远镜对星系巡天的结果。他们的研究发现,巨型黑洞的辐射效率和自转比角动量随宇宙年龄急剧下降,这表明巨型黑洞的质量增长以随机吸积模式为主,同时暗示了小星系并合对黑洞宇宙学演化的重要意义。这是第一次从观测资料得到这个结论。这是该小组系列工作中的关键一步结果。

图(a)                       图(b)

图(a)巨型黑洞辐射效率和自转比角动量的宇宙学演化历史。图(b)显示了黑洞与星系共同演化历史。详见论文Wang, J.-M., Hu, C. et al, 2009, Astrophysical Journal Letters, 697, L41-44, 请链接 http://www.iop.org/EJ/article/1538-4357/697/2/L141/apjl_697_2_141.pdf?request-id=af127773-d175-41be-a96e-59a4d1eb825b

类星体的典型辐射功率高达~1046尔格/秒,持续辐射约100万至1亿年之久,是宇宙中最亮且持续最长的天体。其中心的黑洞质量高达数亿倍太阳质量,主辐射区只有几十倍地球绕太阳轨道半径大小,强大的辐射来自气体落入巨型黑洞而释放的引力能,辐射覆盖从射电到γ射线能区。目前发现的类星体最高红移为6.7,形成于宇宙大爆炸后仅10亿年内,是早期宇宙结构的最重要探针。其中巨型黑洞形成和演化是天体物理研究中的重大前沿课题,如何点亮黑洞以及恒星形成与黑洞活动的相互作用一直是类星体和星系演化的关键问题。他们建立的η-方程实现了对巨型黑洞与星系共同演化的定量描述,揭示了随机吸积触发黑洞活动并主导了黑洞质量增长,为进一步揭示共同演化的更多细节奠定了基础。目前该小组正在此方程的基础上进一步分析海量数据,并结合数值模拟开展研究。相信巨型黑洞的宇宙学演化之神秘面纱正在被层层揭开。

 

(粒子天体物理中心 供稿)

 

 

 

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