聯系我們 | 網站地圖 | English | 中國科學院  
 
新聞動態
友情鏈接
 您現在的位置:首頁>新聞動態>頭條新聞
上海天文臺提出產生超大質量黑洞的新機制
2017-12-07 | 編輯: | 【】【打印】【關閉

  近日,中國科學院上海天文臺沈俊太研究員課題組與美國羅格斯大學的Jerry Sellwood教授合作提出了在宇宙早期不通過并合而形成超大質量黑洞的新機制。該機制既可以為星系并合中形成更大的超大質量黑洞提供原料種子黑洞,也可以在沒有經歷過并合的純盤星系中形成較小的超大質量黑洞。目前該工作已經發表在天文學國際核心期刊《天體物理雜志》(ApJ)上。 

  據該工作的第一作者上海天文臺的博士研究生李智介紹,他們利用高精度數值模擬研究了在旋渦星系早期演化中由星系棒驅動氣體內流而形成超大質量黑洞的過程。星系棒是繞中心旋轉的長條狀結構,由年老恒星組成,普遍存在于旋渦星系中。星系棒能造成星系中物質、角動量及能量的重新分布,是驅動旋渦星系內部演化的最重要驅動力。 

  目前的研究顯示幾乎所有星系中心都存在一個超大質量黑洞,但是這些黑洞的形成與質量增長機制依舊缺乏完善的理論模型。一般認為超大質量黑洞由較小質量的種子黑洞在多次星系并合中形成,但是目前觀測已證實宇宙最早期的幾億年內已經形成了許多能量極高的活動星系核(即所謂的類星體)。其中心是一個還在不斷吞噬周圍物質的超大質量黑洞,質量達數百億太陽質量。這就需要某種機制能夠快速產生大質量種子黑洞,才可能在短時間內并合產生極早期類星體中心數百億太陽質量的黑洞。另一方面,許多沒有經典核球的旋渦星系中也探測到了百萬太陽質量量級的超大黑洞,而這些黑洞的形成沒有經歷過顯著的并合過程。這意味著超大質量黑洞需要除并合之外的形成機制。“我們就是試圖解決這兩個方面的問題:如何快速產生大質量種子黑洞,以及如何在不經歷并合的旋渦星系中形成較小的超大質量黑洞。”上海天文臺的沈俊太研究員說。 

  他接著介紹道,“旋渦星系的盤狀結構容易受到自身動力學不穩定性或者星系間的潮汐作用的影響而形成星系棒。我們的研究表明早期星系演化中星系棒能夠驅使足夠多的氣體流入星系中心,為形成超大質量黑洞提供了潛在的原料。” 

  利用高精度數值模擬,該研究團隊發現在一個純盤星系形成的棒旋星系中,大量氣體(約一億太陽質量)在很短的時間(約1億年)內通過星系棒的作用流入了距離星系中心約幾十秒差距(1秒差距指3.26光年)的范圍內,形成了一個高密度的氣體聚集區。“這些低角動量的氣體除了形成核星團外,還有部分氣體可能會直接塌縮成約一百萬太陽質量的超大質量黑洞,并繼續吸積周圍氣體變得更重,成為一個類星體。”李智說。 

1 氣體在星系棒的驅動下快速流入并堆積在星系中心

  然而并不是所有的棒旋星系都可以驅使氣體內流至極其中心的地方。如果星系中有很多質量聚集在中心,氣體就不會落入中心,而是在距離中心約幾百個秒差距的地方形成一個環狀結構,一般稱之為核環。這樣的核環結構在近鄰棒旋星系中非常普遍,例如NGC1300NGC1097等。

2:如果星系中心存在足夠多的質量,則氣體不會直接流入中心,而是形成一個圍繞中心的核環

 “但是我們發現,核環不會在最早期的棒旋星系中形成,必須要等有足夠多的氣體堆積在星系中心時才會滿足動力學共振條件而形成這種核環結構,我們的研究顯示需要的質量大約為1%星系盤的質量。”沈俊太研究員說。“但是一旦這樣的環狀結構形成,就意味著流入星系中心的大部分氣體只能堆積在核環上,而不能進入到黑洞附近,所以黑洞只能被迫節食,成為一個低光度的賽弗特活動星系,或者干脆停止活動進入休眠期。一個形象的類比是,我們的形成機制可以使黑洞快速進食形成一個百萬太陽質量的小胖子,但是此后食物很難進入他口中,他只能被迫節食。”

3:在考慮氣體自引力的影響后,在星系中心流入足夠多氣體后,后續流入的氣體會自發形成核環結構,阻礙超大質量黑洞繼續大量吞噬更多氣體 

  “總的來說,我們的超大質量黑洞形成新機制有兩個特點:一個是黑洞可以在幾億年內迅速形成,另一個是在星系棒的動力學約束下這種黑洞的質量增長是自我限制的。這也使得我們的理論和現有的黑洞并合模型互補,提供了另一個形成超大質量黑洞的可能起源。”沈俊太研究員總結道。 

4:模擬形成的核環結構與觀測到的NGC 4314的星系核環非常類似

 

  科研文章鏈接:http://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aa9377/ 

  科學聯系人:沈俊太,李智,上海天文臺 

  新聞聯系人:左文文,上海天文臺,[email protected] 

評 論
相關新聞
·“星系之旅·天問智慧”|2018上海天文博物館星系展正式開展
·上海天文臺科研人員利用數值模擬探索盤星系的IFU運動學性質
·研究人員首次探測到化石星系中的一氧化碳氣體
·我臺射電研究人員在巨型旋渦星系中發現一對超大質量黑洞
·我臺“探索暗物質暈中的星系形成與演化”項目榮獲2015年度上海市自然科學獎一等獎
版權所有 中國科學院上海天文臺 Shanghai Astronomical Observatory 滬ICP備05005481號-1
地址:上海市南丹路80號郵編:200030 郵件:[email protected]
福建体彩11选5走势图一定牛