《超大質量雙黑洞潮汐撕裂恆星的理論和觀測研究》是依託北京大學，由劉富坤擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：超大質量雙黑洞潮汐撕裂恆星的理論和觀測研究
- 依託單位：北京大學
- 項目負責人：劉富坤
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
超大質量雙黑洞（簡稱雙黑洞）是大質量星系中普遍存在超大質量黑洞的觀測結合冷暗物質宇宙學星系等級形成理論預言的結果。由於對正常星系中雙黑洞的觀測極端挑戰和極端困難，因此目前對雙黑洞的巡天和觀測都集中針對活動星系核進行。在我們最近成功利用黑洞潮汐撕裂恆星產生的耀斑(簡稱TDE)發現正常星系中第一例雙黑洞的鼓舞下，我們在本項目中計畫研究在星系併合過程中TDE發生率隨雙黑洞由幾十kpc的間距到最終併合的演化、顯著影響雙黑洞演化的非球對稱星系核結構及恆星軌道潮汐遷移對TDE發生率的影響、三黑洞或多黑洞星系中TDEs事件的發生率等。通過分析已有TDE觀測數據，我們還將嘗試在正常星系中發現更多雙黑洞系統。我們期望通過本項目的研究，獲得雙黑洞系統和多黑洞系統對宇宙TDE事件的相對貢獻，為未來LSST、Pan STARR、SVOM、EP以及MAXI等的暫變源巡天探測雙黑洞、以及為發現eLISA和PTA的強引力波輻射源提供理論依據。
結題摘要
自從2015年LIGO探測到第一例恆星級雙黑洞併合產生的引力波暴發以來，LIGO和Virgo已探測到多個來自恆星級大質量雙黑洞併合產生的引力波暴發事件。由於缺少電磁輻射對應體的觀測，這些恆星級大質量雙黑洞的起源及其物理仍然是一個謎。而建造中的引力波空間天文台LISA和正在開展的引力波探測項目“脈衝星計時陣（PTA）“將在未來探測到大量的星系中靜寧超大質量雙黑洞。因此，對目前唯一有效探測星系中靜寧超大質量雙黑洞的TDE現象展開研究，對未來LISA和PTA引力波雙黑洞源及引力波天體物理和引力波宇宙學都具有重要意義。在項目支持下，我們（1）通過直接N-體數值模擬研究了質量相同星系併合過程中，雙黑洞潮汐撕裂恆星率隨雙黑洞間距的演化，研究了非束縛雙黑洞、恆星散射主導自引力束縛雙黑洞以及引力波輻射硬態雙黑洞對恆星的潮汐撕裂率，並與散射實驗和理論數值計算結果進行對比，研究了不同狀態之間過渡的雙黑洞對恆星的潮汐撕裂效應；（2）通過直接N-體數值模擬了質量不等雙黑洞在星系併合過程中對恆星的潮汐撕裂率及其隨雙黑洞間距的演化，研究了恆星潮汐撕裂率對雙黑洞質量比的依賴；（3）通過物理建模和光譜分析，對TDE源PTF09djl有雙峰結構的光學寬發射線進行研究，提出和建立了TDE中光學寬發射線起源於吸積盤的模型，對TDE光學發射線系列令人困惑的觀測特性提出了解釋；（4）通過對TDE源PTF09djl和ASASSN-14li光學寬發射線輪廓的吸積盤模型擬合，發現TDE中吸積盤具有非常大的半主軸、極端高的橢率和極小的近心點，這是首次從觀測上對TDE中吸積盤結構的限制，這些盤都形成於星飛越黑洞時被黑洞的潮汐撕裂，其軌道近心點與理論預期一致；（5）通過對ASASSN-14li寬發射線輪廓隨時間變化的研究，測量了黑洞吸積盤的Lens-Thirring進動效應。以上研究及其結論，為今後進一步研究TDE的觀測特性，進而進一步通過觀測TDE事件研究黑洞和超大質量雙黑洞等具有重要意義。
