Supermassive Black Hole Supermassive Black Hole Binary in AGNsBinary in AGNs

刘富坤刘富坤北京大学天文系北京大学天文系

2006 年 4 月 22日

内容内容

巨型双黑洞的形成– 形成于 AGNs 活动触发时

双黑洞与各种吸积模式的相互作用– 知识主要来源于恒星 - 行星系统中行星与

吸积盘相互作用 观测现状观测现状 巨型双黑洞研究中的问题与未来巨型双黑洞研究中的问题与未来

1 、相互作用使低角动量的气体流向中心黑洞，激发类星体与活动星系的活动：巨型黑洞吸积和增长

2 、原星系中心的黑洞形成巨型双黑洞

Komossa, et al., 2003, ApJL

二、二、 巨型双黑洞与吸积盘相互作用巨型双黑洞与吸积盘相互作用

双黑洞使吸积盘进动、共面：1/ 2 2

3

3( )

4prec

GM ar q

r r

,0

( ) cos ( )s m l sm

r m t

次黑洞引力势是多成分的（ Fourier 展开）：

喷流方向发生改变、进动

twptprec

r=ral

1 、标准盘：

双黑洞在吸积盘中形成密度波，在 rL 处产生 Lindblad 共振：

密度波在吸积盘内以扩散方式传递：盘中干净 gap

m=

波强度随距离衰减

2/31

1Lr am

不同波的共振位置

形成 gap 必要条件： q=m/M>qmin=(81/8)(H/R)210-5

次黑洞与吸积盘发生共振相互作用，波能量不能迅速传次黑洞与吸积盘发生共振相互作用，波能量不能迅速传递到无穷处。能量聚集在局部，破坏盘局部结构，在次递到无穷处。能量聚集在局部，破坏盘局部结构，在次黑洞周围形成一无物质共振带黑洞周围形成一无物质共振带

The outer boundary of the gap (Liu et al. 2003): rout=n2/3 a The inner boundary:The inner boundary:

rin=n-2/3 a

Lin & Papaloizou, 1986, ApJ

a

双黑洞圆轨道： n=2

椭圆轨道： n=3, 4, 5

Removal of matter in the inner accretion disk (Liu, Wu, Cao, 2003, MNRAS) (Liu, Wu, Cao, 2003, MNRAS)

Disk truncation due to SMBBHs coalescence

当引力波辐射变得重要时，双黑洞迅速并合，共振带展宽，随后内盘消失：喷流形成中断

22 、“重吸积盘、“重吸积盘””：：如果双黑洞轨道内吸积盘质量如果双黑洞轨道内吸积盘质量 MMdd>m>m●● 次黑洞与吸积盘发生正碰：激波、喷泉次黑洞与吸积盘发生正碰：激波、喷泉

●●双黑洞损失轨道角动量而相互靠近（（ Ivanov et al. 1998, ApJIvanov et al. 1998, ApJ ））

1 、次黑洞靠近吸积盘

2 、次黑洞进入吸积盘

3 、次黑洞穿过吸积盘 4 、次黑洞

离开吸积盘

33 、、 SlimSlim 盘：盘：几何厚、光学几何厚、光学厚厚

如果粘滞中等如果粘滞中等 ~0.03~0.03 ，几何厚度较大，几何厚度较大 δδ=H/R>0.05=H/R>0.05 （标准盘（标准盘δδ<0.01<0.01 ），）， q>qq>qminmin=10=10-3-3 ，轻盘，轻盘有有 gapgap

密度波以波模式传递能量：

1. 向外能量：因无外边界，传递到无穷远处

2. 向内能量：吸积盘内边界反射回 gap 内边界，内边界再反射能量聚积

摧毁内盘

外 Lindblad 位置

盘越过 gap 吸积

●● 解释喷流喷嘴方向的周解释喷流喷嘴方向的周期性进动期性进动 // 圆周运动：圆周运动：

BL LacBL Lac ，， 3C66B,etc3C66B,etc

1 、喷流周期性弯曲以及喷嘴周期性圆周运动周期性弯曲以及喷嘴周期性圆周运动

●● 解释解释 VLBIVLBI 尺度上尺度上射电喷流的螺旋形结射电喷流的螺旋形结构构

（（ Begelman et al , Begelman et al , 1980, Nature1980, Nature ））

4C12.50

三、活动星系核中双黑洞观测研究

2 、活动星系核与类星体周期性光变（ Liu et al. 1995, 1997, Liu, Zhao, Wu, 2006)

BL Lac object OJ287: p=11.86 yr (Sillapaa et al. 1988)

光学波段

33 、两个活动星系核、两个活动星系核 && 四喷流四喷流

3C75a.b

~20kpc

双核射电源

喷流

VLA 观测

一个星系两个活动星系核一个星系两个活动星系核：： X-X- 射线波段射线波段（（ ChandraChandra ））

（第（第 22 个候选者：个候选者： NGC3690/IC694NGC3690/IC694 ））

NGC6240:NGC6240: a~1.4 kpca~1.4 kpc

（ Komossa, et al., 2003, ApJL ）

一个星系两个活动星系核一个星系两个活动星系核：射电波段（：射电波段（ VLBVLBAA ））

0402+379

(z=0.055)

1. 一个椭圆星系中

2. 双核分离： 7.3 pc

3. 宽发射线：普线双峰分离 300 km/s

4. M1.5x108M⊙

4 、喷流中断与再生：DDRG J0116-473 （ Liu, Wu, Cao, 2003 ）

3C326

55 、、 X-X- 形态射电源形态射电源（ Liu 2004 ， Merritt& Ekers, 2002 ）

3C403

6 、无寄住星系的类星体

(Hoffman & Loeb 2005, (Hoffman & Loeb 2005, Nature)Nature)HE0450-2958 (Magain et al. 2005, nature)

Isolated SMBH or naked QSO?

未来： LISA

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及其动力学的适用性、测定黑洞质量及自旋

在地球 - 太阳系统的第二拉格朗日点绕太阳旋转

2010 年上天？