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    我国学者在超大质量黑洞产生机制方面取得重要进展

    日期 2017-12-26   来源:数理科学部   作者:刘强 颜景志  【 】   【打印】   【关闭

    图. 模拟形成的核环结构与观测到的NGC 4314的星系核环非常类似。

      在国家自然科学基金项目(项目编号:11773052, 11333003,11322326)资助下,中国科学院上海天文台沈俊太研究员课题组与美国罗格斯大学的杰瑞▪塞尔伍德(Jerry Sellwood)教授合作提出在宇宙早期不通过并合而形成超大质量黑洞的新机制。研究成果以“Rapid Formation of Black Holes in Galaxies: A Self-limiting Growth Mechanism”(星系中黑洞的快速形成:自我约束的成长机制)为题,于2017年11月17日发表在天文学国际核心期刊The Astrophysical Journal(《天体物理杂志》)上,论文链接:http://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aa9377。

      利用高精度数值模拟方法,沈俊太研究团队研究了旋涡星系早期演化中由星系棒驱动气体内流而形成超大质量黑洞的过程。他们发现在一个纯盘星系形成的棒旋星系中,大量气体在很短的时间(约1亿年)内通过星系棒的非对称势场作用流入了距离星系中心约几十秒差距(1秒差距指3.26光年)的范围内,形成了一个高密度的气体聚集区。这些低角动量的气体除了形成核星团外,还有部分气体可能会直接塌缩成约一百万太阳质量的超大质量黑洞,并继续吸积周围气体变得更重,成为一个类星体。

      然而并不是所有的棒旋星系都可以驱使气体内流至极其中心的地方。如果星系中有很多质量聚集在中心,气体就不会落入中心,而是在距离中心约几百个秒差距的地方形成一个环状结构,一般称之为核环。沈俊太研究团队发现,核环不会在最早期的棒旋星系中形成,必须要等有足够多的气体堆积在星系中心时才会满足动力学共振条件而形成。但是一旦这样的环状结构形成,就意味着流入星系中心的大部分气体只能堆积在核环上,而不能进入到黑洞附近,所以黑洞只能被迫“节食”,成为一个低光度的赛弗特活动星系,或者干脆停止活动进入休眠期。

      该研究团组提出的超大质量黑洞形成新机制既可以为星系并合中形成更大的超大质量黑洞提供原料种子黑洞,也可以在没有经历过并合的纯盘星系中形成较小的超大质量黑洞,该理论机制和现有的黑洞并合模型互补,提供另一个形成超大质量黑洞的可能起源。




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