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科学家进行超精准黑洞模拟,可预测超大质量黑洞的进食方式

前瞻网    2021-08-26 19:33

 

科学家进行超精准黑洞模拟,可预测超大质量黑洞的进食方式

(图源论文)

在我们宇宙中大多数超大型星系的中心,都有超大质量黑洞(SMBH),其质量是太阳的数百万到数十亿倍。当这些庞然大物慢慢地消耗气体和尘埃,以及这些气体和尘埃进入它们的胃时,它们会释放出巨大的能量,形成了所谓的活动星系核(AGN),也称作类星体,它有时能发出超高速的物质喷射,持续数光年。

自从第一次发现巨型黑洞以来,天体物理学家就一直推测这些黑洞在星系的形成和演化中扮演着的角色。也有很多的研究致力于研究这些大质量物体是如何形成和演化的。最近,一组天体物理学家进行了一项高能模拟,精确地展示了超大黑洞是如何进食的。

这项研究发表在8月17日的《天体物理学杂志》上。该团队由Daniel Anglés-Alcázar领导,他是美国康涅狄格大学物理学和天文学助理教授,也曾是天体物理学跨学科探索和研究中心(CIERA)的研究员。

除了其巨大的质量和能量外,超大质量黑洞还因其巨大的胃口而闻名,它可以在短短一年内消耗相当于10个太阳质量的物质。但是,有些黑洞在享受着源源不断的供应时,另一些则会休眠数百万年,然后由于气体的突然涌入而重新醒来。直到现在,气体究竟如何在宇宙中流动以供养超大质量黑洞仍然是个谜团。

为了解决这个谜团,Anglés-Alcázar和他的研究伙伴创造了第一个足以模拟所有物理过程的模拟。这些物理过程包括哈勃常数,即宇宙膨胀率、宇宙的大环境、气体流体力学、大质量恒星的反馈和重力。

该团队的模拟是建立在“真实环境反馈”(FIRE)项目的基础上的,该项目的创建目的是为了提高星系形成的预测能力。

新的模拟方法大大提高了模型的分辨率,使研究小组能够模拟穿越银河系的气体流动,精度提高了1000倍以上。虽然之前的模拟已经能够模拟黑洞的增长,但强大到足以全面解释超大质量黑洞演化的众多因素,这还是第一次。Faucher - Giguere解释说:

“超大质量黑洞之所以如此难以解释,是因为它们的形成需要将大量物质塞进一个微小的空间。”

现在。通过这些新的模拟,研究人员终于可以模拟这是如何发生的。

此外,这些模拟提供了对类星体神秘本质的罕见洞察,而这些类星体的光已遍布了整个星系。展望未来,研究小组希望研究大量的星系及其超大质量黑洞的种群统计,从而更好地了解它们是如何在各种条件下形成和成长的。

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