計算機模擬為超大質量黑洞合併提供了線索
一種新的計算機模擬第一次包含了愛因斯坦廣義相對論的物理效應,顯示了超大質量雙黑洞系統中合併的氣體將主要發出紫外光和x射線。對新模擬的分析發表在《天體物理學雜誌》上。
超大質量黑洞
幾乎每個銀河系大小或更大的星系中心都有一個超大質量黑洞。觀察表明,星系合併在宇宙中經常發生,但迄今為止還沒有人看到這些巨大黑洞的合併。
“我們知道在宇宙中有中心超大質量黑洞的星系總是在一起的,但我們只看到了一小部分星系,其中有兩個在它們的中心附近,”研究報告的合著者、美國宇航局戈達德太空飛行中心的天體物理學家斯科特·諾布林博士說。
美國國家科學基金會的鐳射干涉引力波天文臺(LIGO)最近發現了合併的恆星質量黑洞。超大規模的合併將比小型的合併更難找到。
“超大質量雙星是星系合併的結果,”研究人員說。
“每個超大質量黑洞都帶著氣體和塵埃雲、恆星和行星的隨從。
“我們認為,星系碰撞將這些物質大部分推進到中心黑洞,黑洞在時間尺度上消耗了這些物質,這與雙星融合所需的時間尺度相似。”
“當黑洞靠近時,磁力和重力會加熱剩餘的氣體,天文學家就能看到光線。”
研究報告的撰寫者之一、羅切斯特理工學院的瑪努埃拉·坎帕內利博士說:“從兩條軌道出發非常重要。”
“要對這些事件進行建模,需要複雜的計算工具,其中包括兩個超大質量黑洞以光速的幾分之一相互環繞執行所產生的所有物理效應。”
“瞭解從這些事件中預期的光訊號將有助於現代觀測識別它們。
“建模和觀測將相互補充,幫助我們更好地瞭解大多數星系中心發生了什麼。”
這些模型揭示了在這一過程的這個階段所發射的光可能會被一些高能x射線的紫外光所控制,就像在任何星系中都可以看到的那樣,有一個超大質量黑洞。
當黑洞合併時,有三個發光區域的氣體會發光,它們都由熱氣流連線在一起:一個大的環圍繞著整個系統,被稱為環二進位制圓盤;兩個小的環圍繞著每個黑洞,被稱為迷你圓盤。所有這些物體都主要發射紫外線。
當氣體以很高的速率流入一個小型圓盤時,圓盤上的紫外光與每個黑洞的日冕相互作用,日冕是圓盤上方和下方由高能亞原子粒子組成的區域。這種相互作用產生x射線。
當加速度較低時,紫外光相對於x光變暗。
基於這一模擬,科學家們預計,由近距離合並所發射的x射線將比單個超大質量黑洞所發射的x射線更亮,也更多變。
這種變化的速度既與位於環雙星盤內部邊緣的氣體的軌道速度有關,也與合併黑洞的軌道速度有關。
該研究的主要作者、法國高等師範學院(Ecole Normale Superieure)的博士生斯蒂芬•達斯科利(Stephane d’ascoli)說:“兩個黑洞偏轉光線的方式會產生複雜的透鏡效應,就像電影中看到的那樣,一個黑洞從另一個黑洞前面經過。”