【摘要】：黑洞撕裂恒星產(chǎn)生的氣體可以用于研究星系中心非活動(dòng)的黑洞系統(tǒng)。在兩個(gè)星系的并合后,星系中心不可避免地形成了雙黑洞系統(tǒng),而對(duì)于非活動(dòng)的、潛伏在星系中心的雙黑洞,潮汐撕裂事件也成了除了引力波外最直接有效的工具。另外,由于星系中心應(yīng)該存在大量的雙星系統(tǒng),可以推測(cè)雙星與雙黑洞的相互作用應(yīng)該十分普遍,并且,兩顆恒星有幾率依次與中心黑洞發(fā)生潮汐撕裂事件(雙潮汐撕裂事件)。本文從動(dòng)力學(xué)角度入手,研究雙恒星與雙黑洞之間的散射過(guò)程。同時(shí),比較單黑洞與雙黑洞對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響,并最終尋找研究雙黑洞的方法。本文包括兩項(xiàng)研究:雙黑洞撕裂雙恒星產(chǎn)生的雙潮汐撕裂事件的研究;雙黑洞引起的對(duì)雙星并合以及偏心率的激發(fā)的研究。雙潮汐撕裂方面的研究:我們利用多體程序REBOUND去模擬雙黑洞與雙恒星之間的散射,并假設(shè)雙星按照拋物線(xiàn)軌道落向雙黑洞;同時(shí),我們還與單黑洞情況下的雙星散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果做了對(duì)比。結(jié)果我們發(fā)現(xiàn),在單黑洞情形下,雙潮汐撕裂事件里的兩個(gè)潮汐撕裂事件的時(shí)間間隔與雙星半長(zhǎng)軸有關(guān)系。對(duì)于兩顆恒星都為1M& ,半長(zhǎng)軸小于100 AU的雙星,絕大部分的雙潮汐撕裂的時(shí)間間隔不會(huì)超過(guò)150 d。然而,對(duì)于雙黑洞,則有大量的擁有很大時(shí)間間隔的雙潮汐撕裂事件,最大的時(shí)間間隔超過(guò)了 104yr。另外,我們還發(fā)現(xiàn)雙潮汐撕裂事件率(λd)隨著雙黑洞質(zhì)量比(qbhb)的增加而增加;并且,當(dāng)質(zhì)量比滿(mǎn)足qbhb(?)0.1時(shí),雙潮汐撕裂事件率趨于一個(gè)常數(shù)。由于我們已經(jīng)知道,單黑洞撕裂雙恒星無(wú)法產(chǎn)生時(shí)間間隔大于150 d的雙潮汐撕裂事件,于是,我們比較了雙黑洞撕裂雙星,并產(chǎn)生時(shí)間間隔大于150 d的雙潮汐撕裂事件的概率,和單黑洞連續(xù)兩次在同樣的事件時(shí)間間隔內(nèi)撕裂單恒星的概率。最后,我們發(fā)現(xiàn)雙黑洞有更大的幾率產(chǎn)生時(shí)間間隔在150d-15 yr之內(nèi)的雙潮汐撕裂事件,同時(shí),這類(lèi)雙黑洞滿(mǎn)足性質(zhì)qbhb(?)0.1。這個(gè)結(jié)果說(shuō)明,時(shí)間間隔在150 d-15 yr之內(nèi)的雙潮汐撕裂事件可以作為研究雙黑洞系統(tǒng)的探針,且它們指向質(zhì)量比較大的雙黑洞系統(tǒng)。并合雙星與高偏心率雙星的研究:我們?nèi)匀蛔鲭p黑洞與雙恒星的散射實(shí)驗(yàn)。我們發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)與雙黑洞散射過(guò)后的雙星,出現(xiàn)了大量的并合現(xiàn)象。并合率隨著雙黑洞的質(zhì)量比qbhb的增加而增加;當(dāng)qbhb(?)0.01時(shí),趨于常數(shù)。經(jīng)過(guò)與雙黑洞的散射作用的雙星的偏心率也得到了增加,且每經(jīng)過(guò)一次雙黑洞,雙星的偏心率都可能獲得一次增長(zhǎng)。另外,我們還發(fā)現(xiàn),大質(zhì)量比的雙黑洞更容易激發(fā)雙星的偏心率。如果將雙星的演化考慮在內(nèi),同時(shí)鑒于雙星并合能夠形成藍(lán)離散星和鈣豐超新星等極端天體,根據(jù)我們的結(jié)果可以推測(cè),雙黑洞系統(tǒng)能夠產(chǎn)生更多的藍(lán)離散星、鈣豐超新星以及偏心率較大的雙星系統(tǒng)。這些天體具有如下特征:離星系中心的距離較大,具有很高的速度。于是,我們推測(cè),遠(yuǎn)離星系中心的藍(lán)離散星、鈣豐超新星、大偏心率雙星系統(tǒng)等天體在某種程度上能夠指示具有較大質(zhì)量比(例如,qbhb(?)0.01)的雙黑洞系統(tǒng)的功能。
【圖文】：

第１章緒邋論逡逑雙黑洞損失的能量或者說(shuō)雙黑洞對(duì)周?chē)阈堑募訜崮芰繛椋郏玻保蒎义希ǎ保常╁义希玻颍椋睿孢姡苠澹玻幔桢澹╁义希掊澹牵荩蓿欤停插澹垮澹玻停欤玻迹颍�，逡逑２ａｈ逡逑式中己�?jīng)假設(shè)ａｈ《ｒｉｎｆ，此假設(shè)對(duì)于ｇｈｈｈ￥邋０．１是合理的。可見(jiàn)，周?chē)阈谦@逡逑得的能力正比于雙黑洞的Ｍ１２。更加精確地，對(duì)于１．５，通過(guò)數(shù)值模擬逡逑可得質(zhì)量乃＊空（Ｍｄｅｆ；邋ｍａｓｓ邋ｄｅｆｉｃｉｔ）為［１９，２１】逡逑？邋０．７０ｇ°－２．邐（１．４）逡逑ｍ１２逡逑當(dāng)０．０５￥ｇｂｈｂ彡０．５時(shí)，由上式可得，０．４￥Ｍｄｅｆ／Ｍ１２￥０．６。粗略地可以認(rèn)為，逡逑兩個(gè)星系的單次并合，星系中心的雙黑洞形成較致密的系統(tǒng)后，大約需要拋射恒逡逑星的質(zhì)量為。那么，當(dāng)星系經(jīng)過(guò)ｉＶ次并合后，質(zhì)量虧損大約為逡逑Ｍｄｅｆ邋？邋０．５ｉＶＡ／ｂｈ，如圖邋１．２所示。逡逑．．

激活黑洞并形成星爆（例如Ｙａｎｇｅｔａｌ．［２２］）。星爆星系ＮＧＣ６２４０是一個(gè)逡逑極亮紅外星系（ＵＬＩＲＧ；邋ｕｌｔｒａｌｕｍｉｎｏｕｓ邋ｉｎｆｒａｒｅｄ邋ｇａｌａｘｙ），它有兩個(gè)明亮的光學(xué)核球，逡逑中心有很高的恒星形成率，如圖１．３所示。由于大量的氣體和塵埃的遮擋，坐標(biāo)逡逑光學(xué)波段圖片觀測(cè)該星系的中心區(qū)域。Ｘ射線(xiàn)輻射可以穿透氣體和塵埃，如右圖逡逑所示。根據(jù)Ｋｏｍｏｓｓａｅｔａｌ．［２３］，邋ＮＧＣ６２４０是兩個(gè)正在吸積的黑洞，而兩個(gè)黑洞之逡逑間的投影間隔為７００邋ｐｃ，暗示著它們還沒(méi)有形成束縛系統(tǒng)。逡逑ＨＨＨＨ逡逑圖１．３左圖：ＮＡＳＡ／ＥＳＡ邋ＨＳＴ所拍攝到的ＮＧＣ邋６２４０光學(xué)圖片。右圖：Ｃｈａｎｄｒａ邋Ｘ－ｒａｙ逡逑Ｏｂｓｅｒｖａｔｏｒｙ所拍到的ＮＧＣ邋６２４０的Ｘ射線(xiàn)圖片，圖示的兩個(gè)核是正在吸積的兩個(gè)逡逑黑洞。圖片來(lái)自于ＫｏｍｏｓｓａｅｔａＬ１２３〗。逡逑如圖１．４所示的是漩渦星系ＮＧＣ邋３３９３，其中，，藍(lán)色和紅色分別代表著Ｘ射逡逑線(xiàn)和光學(xué)輻射。它的右上角的內(nèi)圖是高能Ｘ射線(xiàn)輻射，里面包含了兩個(gè)正在吸逡逑積的黑洞，它們距離？１３５邋ｐｃ，黑洞質(zhì)量？ＮＧＣ邋３３９３擁有距離我們最逡逑近的超大質(zhì)量黑洞對(duì)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：P145.3;P145.8

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