evolution merging
Galaxy + galaxy
Normal galaxy
星系与活动星系的大统一模型（？）
gas: starbursts galaxy Evolution Short-lived AGNs
Martini 2004 106 yr tQ a few 108 yr
1.3、Gravitational Wave Astrophysics:
2、 超大质量超大质量双黑洞的形成 与pc尺度困难
束缚态超大质量双黑洞的形成
Galaxy interaction
动力学粘滞在这过程中起决定性作用
Dynamic friction
Bound SMBBHs
低角动量的气体流向中心黑洞，形成吸积盘，引发活 动星系核的活动。
• 在此时，双黑洞间的束缚能小于星系中背景恒星随 机运动能，双黑洞处于非束缚态：
MNRAS)
我们应该在紧邻星系中探测到 大量的超大质量双黑洞
现有的观测表明，近邻星系中并不存在 超大质量双黑洞！
so called
pc-scale problem
Possible
Hierarchical galaxy formation model is wrong or binary can lose its angular momentum due to other mechanism(s)
The binary may stall at ~100rg < a < ~10,000rg for a time-scale longer than the Hubble time-scale
Numerical computations dynamic friction:
(e.g. Yu 2002,
•Ultra-luminous infrared galaxy •Unusual optical morphology: interacting galaxy •Two x-ray active nuclei: luminous, hard X-ray
NGemC6is2si4on0,:strong neutral iron lines from both nuclei •aN~uc1le.a4r skeppcaration: ~1.5”=1.4 Kpc
背景恒星同时与双黑洞发生三体碰撞，获恒星的随机运动能 相当时，碰撞使恒星获得逃逸速度，而离开原来位置。 于是在双黑洞周围相空间形成无恒星的损失锥
GmM
ahd 4 2 (m M )
~3101 pc
q 0.1
(1
q)1
M 108 M
2
200km/s
LISA探测器的一个主要源
探测广义相对论预言的引力波， 检验广义相对论在极端条件下的适用性
NS + NS NS + BH WD + NS
Gravitational radiation
LIGRO, etc
Big bang
Gravitational radiation
LISA
SMBH + SMBH Gravitational radiation
a GM / 2
10
pc
M 108
m M
2
200km/s
• 当束缚能大于随机运动能时，双黑洞进入束缚态
Pre-merger candidates: 3C75A,B of double-pairs of radio jets
Two active nuclei in one galaxy
LISA
1.4、解释活动星系核中特殊观测特性
●解释VLBI尺度上射 电喷流的螺旋形结构
（Begelman et al , 1980, Nature）
4C12.50
●解释喷流喷嘴方向的 周期性进动：
BL Lac
●解释活动星系核中周期性光学爆发
BL Lac object OJ287: p=11.86 yr (Sillapaa et al. 1988, ApJ, Liu & Wu 200, A&A)
（•K2Mo0am0s3os,srsAaatpi,oJeL:t）qa=l.m, /M ~1/3 (major merger) •BH masses: ~ 107 M each
•2nd candidate: NGC3690/IC694 (Arp 299) [Ballo et al. 04]
双黑洞变硬
观测：几乎坐所有星系 中心都存在超大质量黑洞
理论和观测：小结构首先形成， 并合形成大的目前看到的星系
第一代大（中等）质量黑洞
星系并合不可避免地形成 超大质量双黑洞
吸积与并合形成超大质量黑洞 及其自转
Mice 星系的形成和演化
1.2、活动星系核供能问题
星系相互作用与并合产生的非对称作用使星系盘中气体角动量再 分布，低角动量的气体流向中心激发活动星系核的活动
超大质量双黑洞系统中的吸 积盘
刘富坤
北京大学天文系
目录
为什么研究大质量双黑洞及其吸积盘 大质量双黑洞的形成 大质量双黑洞与吸积盘的相互作用 大质量双黑洞的并合及引力波探测 结论
1、为什么要研究超大质量双黑洞
1.1、观测和ΛCDM宇宙学星系形成和演化理论
NGC4676：老鼠星系
在现在流行的ΛCDM宇宙学中，星系形成是一等级过程
于是，无动力学粘滞和恒星碰撞，角动量无法损失
在互相绕着质心旋转时，双黑洞产生引力波辐 射，可以带走角动量
The gravitational wave radiation becomes important only when [Liu, Wu, Cao 03]
a acr ~100rG ~ 103 pc
3、 超大质量双黑洞与吸积盘的相互 作用
由于活动星系核吸积盘半径
rd 104 rG ~ 0.11pc
双黑洞在变硬的时候就与吸积盘发生相互作用
对星系并合形成的超大质量双黑洞，与 吸积盘的相互作用决定了其变硬后的演 化命运
(Ivanov et al., 99, Liu, et al., 03, Liu 04)
我们不清楚双黑洞是如何开始与吸积盘发生相互 作用
• 两个假设:
• 吸积盘物质来源于星系 盘，于是因角动量守恒 而与星系盘共面。如果 有喷流，喷流则与星系 盘垂直