利用VLBI观测和研究超大质量双黑洞
批准号:
12103076
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
杨小龙
依托单位:
学科分类:
星系相互作用和核活动
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨小龙
中文摘要
超大质量双黑洞的形成是星系的并合演化理论的必然结果,其吸积和反馈是黑洞-星系协同演化的重要原因,与中央黑洞活跃性和质量的增长密切相关,处于亚秒差距尺度的超大质量双黑洞在绕转和并合过程中产生的低频引力波辐射是未来空间干涉引力波天文台和脉冲星计时阵列的重要观测目标。超大质量双黑洞的存在与否、丰度、并合率等关系到超大质量双黑洞的演化理论、低频引力波辐射源和低频引力波背景的强度。因此,对其进行搜寻和观测研究意义重大,然而目前证认的超大质量双黑洞数目很少,与理论预言严重不符,对星系的并合演化理论和超大质量双黑洞的演化模型提出了重大的挑战。本项目拟利用以甚长基线干涉为主的方法在周期性光变类星体、具有光学多核的星系、扭曲形态喷流的射电星系等中搜寻和证认超大质量双黑洞。
英文摘要
It was expected that supermassive binary black holes (SMBBH) will be formed in the course of a merger event according to the hierarchical galaxy formation model. The accretion and feedback of SMBBH is the key to the BH-host coevolution and activity and growth of BH, furthermore, sub-pc scale SMBBH and the coalesce can produce a strong low-frequency gravitational-wave, which can be detected by the future gravitational wave detector such as LISA and PTA. The existence, abundance and coalesce rate of SMBBH can not only provide the observation evidence of SMBBH evolution theory but the target of low-frequency gravitational-wave and strength of gravitational-wave background. It is important to search and study SMBBH, however, the identified SMBBH is very rare and inconsistent with the prediction, which is challenging the theory. Here in this project, we would like to use the very long baseline interferometry to search and study the supermassive binary black hole candidates, including periodic variable quasars, optical dual-core galaxies, bending-jet radio galaxies and so on.
超大质量黑洞(SMBHs)存在于几乎所有大质量的星系中央,其质量通常在10^6至10^10太阳质量之间。宇宙学和观测证据表明,星系在演化过程中会经历并合过程,导致中央超大质量双黑洞系统形成。在某些情况下,这两个黑洞都处于活跃状态,从而形成双活动星系核(Dual/Binary AGNs)。处于亚pc尺度的超大质量双黑洞是重要了低频引力波辐射源,这种低频引力波是未来空间引力波探测器(如LISA,Taiji和Tianqin)和脉冲星计时阵列(PTA)的重要观测目标。超大质量双黑洞系统的演化过程可以分为三个主要阶段:(1)动力摩擦阶段,星系合并过程中,黑洞通过引力作用影响周围恒星和气体,使自身轨道收缩;(b)损失锥散射阶段,当两个黑洞的距离达到10pc以下时,恒星和气体对黑洞的散射作用主导演化过程,使其进一步靠近。然而这一步并不清楚,出现了最后pc疑难的困惑;(c)引力波主导阶段,当双黑洞间距达到0.01pc量级时,引力波辐射成为主导作用,最终导致黑洞合并。由此可见,搜寻和研究处于pc尺度的超大质量双黑洞的意义重大。利用射电高分辨率观测技术,如甚长基线干涉测量(VLBI),我们能够探测并研究超大质量双黑洞所产生的喷流以及射电核,是搜寻和研究超大质量双黑洞的重要手段。在本课题研究中,我们利用甚大阵(VLA)、甚长基线干涉阵列(VLBA)、大型米波阵(uGMRT)对其中一批X型射电星系进行了详细观测,在其中成功发现两例处于kpc尺度的超大质量双黑洞(Yang et al. 2022,Gopal-Krishna et al. (incl. Yang) 2022)。而且这两例超大质量双黑洞候选体是目前已知为数不多的两个超大质量黑洞都有大尺度喷流的系统(此前已知的此类系统只有两例)。这不仅代表了重要的发现,也为未来利用数值模拟来研究SMBBH的动力学演化提供了直接数据,有助于理解双黑洞系统的形成和演化。
国内基金
海外基金