双恒星与超大质量双黑洞的近碰

发布时间：2020-05-31 18:50

【摘要】：黑洞撕裂恒星产生的气体可以用于研究星系中心非活动的黑洞系统。在两个星系的并合后,星系中心不可避免地形成了双黑洞系统,而对于非活动的、潜伏在星系中心的双黑洞,潮汐撕裂事件也成了除了引力波外最直接有效的工具。另外,由于星系中心应该存在大量的双星系统,可以推测双星与双黑洞的相互作用应该十分普遍,并且,两颗恒星有几率依次与中心黑洞发生潮汐撕裂事件(双潮汐撕裂事件)。本文从动力学角度入手,研究双恒星与双黑洞之间的散射过程。同时,比较单黑洞与双黑洞对实验结果的影响,并最终寻找研究双黑洞的方法。本文包括两项研究:双黑洞撕裂双恒星产生的双潮汐撕裂事件的研究;双黑洞引起的对双星并合以及偏心率的激发的研究。双潮汐撕裂方面的研究:我们利用多体程序REBOUND去模拟双黑洞与双恒星之间的散射,并假设双星按照抛物线轨道落向双黑洞;同时,我们还与单黑洞情况下的双星散射实验的结果做了对比。结果我们发现,在单黑洞情形下,双潮汐撕裂事件里的两个潮汐撕裂事件的时间间隔与双星半长轴有关系。对于两颗恒星都为1M& ,半长轴小于100 AU的双星,绝大部分的双潮汐撕裂的时间间隔不会超过150 d。然而,对于双黑洞,则有大量的拥有很大时间间隔的双潮汐撕裂事件,最大的时间间隔超过了 104yr。另外,我们还发现双潮汐撕裂事件率(λd)随着双黑洞质量比(qbhb)的增加而增加;并且,当质量比满足qbhb(?)0.1时,双潮汐撕裂事件率趋于一个常数。由于我们已经知道,单黑洞撕裂双恒星无法产生时间间隔大于150 d的双潮汐撕裂事件,于是,我们比较了双黑洞撕裂双星,并产生时间间隔大于150 d的双潮汐撕裂事件的概率,和单黑洞连续两次在同样的事件时间间隔内撕裂单恒星的概率。最后,我们发现双黑洞有更大的几率产生时间间隔在150d-15 yr之内的双潮汐撕裂事件,同时,这类双黑洞满足性质qbhb(?)0.1。这个结果说明,时间间隔在150 d-15 yr之内的双潮汐撕裂事件可以作为研究双黑洞系统的探针,且它们指向质量比较大的双黑洞系统。并合双星与高偏心率双星的研究:我们仍然做双黑洞与双恒星的散射实验。我们发现经过与双黑洞散射过后的双星,出现了大量的并合现象。并合率随着双黑洞的质量比qbhb的增加而增加;当qbhb(?)0.01时,趋于常数。经过与双黑洞的散射作用的双星的偏心率也得到了增加,且每经过一次双黑洞,双星的偏心率都可能获得一次增长。另外,我们还发现,大质量比的双黑洞更容易激发双星的偏心率。如果将双星的演化考虑在内,同时鉴于双星并合能够形成蓝离散星和钙丰超新星等极端天体,根据我们的结果可以推测,双黑洞系统能够产生更多的蓝离散星、钙丰超新星以及偏心率较大的双星系统。这些天体具有如下特征:离星系中心的距离较大,具有很高的速度。于是,我们推测,远离星系中心的蓝离散星、钙丰超新星、大偏心率双星系统等天体在某种程度上能够指示具有较大质量比(例如,qbhb(?)0.01)的双黑洞系统的功能。
【图文】：

第１章绪邋论逡逑双黑洞损失的能量或者说双黑洞对周围恒星的加热能量为［２１］逡逑（１３）逡逑２ｒｉｎｆ逦＼邋２ａｈ邋）逡逑＾邋Ｇ］＾ｌＭ２邋？邋２Ｍｌ２＜ｒｌ，逡逑２ａｈ逡逑式中己经假设ａｈ《ｒｉｎｆ，此假设对于ｇｈｈｈ￥邋０．１是合理的。可见，周围恒星获逡逑得的能力正比于双黑洞的Ｍ１２。更加精确地，对于１．５，通过数值模拟逡逑可得质量乃＊空（Ｍｄｅｆ；邋ｍａｓｓ邋ｄｅｆｉｃｉｔ）为［１９，２１】逡逑？邋０．７０ｇ°－２．逦（１．４）逡逑ｍ１２逡逑当０．０５￥ｇｂｈｂ彡０．５时，由上式可得，０．４￥Ｍｄｅｆ／Ｍ１２￥０．６。粗略地可以认为，逡逑两个星系的单次并合，星系中心的双黑洞形成较致密的系统后，大约需要抛射恒逡逑星的质量为。那么，当星系经过ｉＶ次并合后，质量亏损大约为逡逑Ｍｄｅｆ邋？邋０．５ｉＶＡ／ｂｈ，如图邋１．２所示。逡逑．．

激活黑洞并形成星爆（例如Ｙａｎｇｅｔａｌ．［２２］）。星爆星系ＮＧＣ６２４０是一个逡逑极亮红外星系（ＵＬＩＲＧ；邋ｕｌｔｒａｌｕｍｉｎｏｕｓ邋ｉｎｆｒａｒｅｄ邋ｇａｌａｘｙ），它有两个明亮的光学核球，逡逑中心有很高的恒星形成率，如图１．３所示。由于大量的气体和尘埃的遮挡，坐标逡逑光学波段图片观测该星系的中心区域。Ｘ射线辐射可以穿透气体和尘埃，如右图逡逑所示。根据Ｋｏｍｏｓｓａｅｔａｌ．［２３］，邋ＮＧＣ６２４０是两个正在吸积的黑洞，而两个黑洞之逡逑间的投影间隔为７００邋ｐｃ，暗示着它们还没有形成束缚系统。逡逑ＨＨＨＨ逡逑图１．３左图：ＮＡＳＡ／ＥＳＡ邋ＨＳＴ所拍摄到的ＮＧＣ邋６２４０光学图片。右图：Ｃｈａｎｄｒａ邋Ｘ－ｒａｙ逡逑Ｏｂｓｅｒｖａｔｏｒｙ所拍到的ＮＧＣ邋６２４０的Ｘ射线图片，图示的两个核是正在吸积的两个逡逑黑洞。图片来自于ＫｏｍｏｓｓａｅｔａＬ１２３〗。逡逑如图１．４所示的是漩涡星系ＮＧＣ邋３３９３，其中，，蓝色和红色分别代表着Ｘ射逡逑线和光学辐射。它的右上角的内图是高能Ｘ射线辐射，里面包含了两个正在吸逡逑积的黑洞，它们距离？１３５邋ｐｃ，黑洞质量？ＮＧＣ邋３３９３拥有距离我们最逡逑近的超大质量黑洞对
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P145.3;P145.8

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本文编号：2690306