國家天文臺揭示SKA具備研究超大質量雙黑洞紅移演化的潛力

2020-12-04 中國青年報

近日，中國科學院國家天文臺李菂團隊完成了對於平方公裡陣（Square Kilometre Array，SKA）時代引力波探測的前瞻性測算，首次量化了SKA引力波源樣本的紅移期待值，揭示了SKA僅需要監測少量（約20顆）高質量毫秒脈衝星就能夠系統研究超大質量雙黑洞的紅移演化。

星系中心存在一個和星系共同演化的超大質量黑洞。超大質量雙黑洞是星系合併後的產物，對於星系演化的研究有著重要意義，但是目前觀測上並沒有一個完全認證的超大質量雙黑洞。國家天文臺博士研究生馮毅等基於紅外星系樣本，利用半分析數值模擬的方法，估計了不同紅移處超大質量雙黑洞的數量及其低頻引力波特徵，進一步測算了SKA脈衝星陣（SKA-PTA）探測這些超大質量雙黑洞演化的能力。

SKA作為一個巨型射電望遠鏡陣列，有著探測來自超大質量雙黑洞發出的納赫茲引力波的巨大潛力。區別於之前相關工作普遍使用的成百上千顆脈衝星，這項工作指出了SKA脈衝星計時陣可以由數量遠小於此前預期的脈衝星組成。該文章計算了僅由20顆高質量毫秒脈衝星構成的SKA脈衝星計時陣能夠在運行五年內探測到引力波，並且在運行十年的時候達到一年一百次的探測率。在運行三十年內，能夠探測到大約60個紅移0.05以內的超大質量雙黑洞，而在紅移1以內能夠探測到超過一萬個超大質量雙黑洞（如下圖）。

SKA脈衝星計時陣能夠探測到大量隨紅移分布的超大質量雙黑洞，使得SKA可成為研究超大質量雙黑洞演化、星系演化的革命性設備。相關成果發表在《物理評論D》（10.1103/PhysRevD.102.023014）上。

不同顏色的點代表不同紅移的超大質量雙黑洞，不同顏色的線代表SKA運行一段時間探測引力波的閾值，點在線之上代表能探測到該引力波源。

來源：中科院

相關焦點

  • 中科院國家天文臺發現超大質量「雙黑洞」(圖)
    中科院國家天文臺發現超大質量「雙黑洞」(圖) 2015-09-01 09:00:45來源：北京青年報作者：${中新記者姓名}責任編輯：宋宇晟 　　超大質量雙黑洞吸積系統藝術想像圖 圖片/NASA網站　　本報訊（記者 雷嘉）美國大片《星際迷航》中所謂的「黑洞」在現實研究中有了進一步的回應。
  • Maunakea天文臺發現三對合併的超大質量黑洞
    圖片來源：Silverman等人夏威夷毛納基亞（Maunakea）--兩個正在合併的星系之間的宇宙之舞是一個罕見的發現，每個星系都包含一個超大質量的黑洞，該黑洞會迅速吞噬大量物質，從而產生一種被稱為類星體的現象。
  • 中科院上海天文臺發現超大質量黑洞—新聞—科學網
    本報10月16日訊（記者黃辛）今天，記者從中科院上海天文臺獲悉，中歐射電天文學家近日在巨型旋渦星系NGC 5252的星系盤附近發現了另一顆伴有顯著射電噴流的超大質量黑洞
  • 《自然·通訊》：河外星系中發現超大質量雙黑洞吞噬恆星的罕見天文現象
    這是天體物理學家迄今為止在正常星系中發現的第二例超大質量雙黑洞繞轉系統。該研究成果近日在線發表於國際頂級期刊《自然·通訊》（Nature Communications），主要合作者包括中科院國家天文臺、中國科學技術大學、廣州大學、上海天文臺、中山大學以及北京大學的科研人員。
  • 北大天文學系劉富坤教授等首次發現隱匿超大質量雙黑洞
    2014年4月22日，歐洲航空航天局（ESA）（http://sci.esa.int/home）發布新聞，報導北京大學物理學院天文學系劉富坤教授及其合作者近日發現的一對互相繞轉的超大質量雙黑洞。這是首次在普通星系中發現超大質量雙黑洞。
  • 超大質量雙黑洞吞噬恆星
    據新華社合肥11月29日電 記者從安徽師範大學獲悉，該校物理與電子信息學院舒新文教授研究小組在一個河外星系中發現了一對互相繞轉的超大質量雙黑洞吞噬恆星的罕見天文現象。該研究成果近日發表於國際期刊《自然·通訊》。 據介紹，黑洞潮汐撕裂恆星事件在每個星系中幾乎每10萬年才發生1次，概率為十萬分之一。
  • 超大質量黑洞！宇宙大佬之間的「你瞅啥」
    所謂雙類星體，即合併過程中的兩個星系，觀測中能夠看到分別位於兩星系中心的超大質量黑洞周圍發出的明亮電磁波。對雙類星體的研究有望幫助我們進一步探索星系的合併與演化，以及超大質量黑洞的演變過程等奧秘。星系中心的黑洞質量約為太陽的數百萬至數十億倍，吸積大量氣體時發出的光亮能夠超過整個星系。科學家將觀測到的這類天體稱為類星體。星系間撞擊、合併時氣體吸積量尤甚，理論上兩個黑洞能夠作為雙類星體被同時觀測到。然而，雙類星體同時發光的時間很短，且要求觀測器材同時滿足大視場與高解析度兩個條件，導致實際研究中很難大量發現雙類星體。
  • 活躍超大質量黑洞周圍的旋轉氣體圈
    【博科園-科學科普（關注「博科園」看更多）】阿塔卡瑪大毫米/亞毫米波陣列(ALMA)的高解析度觀測使一個旋轉的塵埃氣體圍繞一個活躍的超大質量黑洞旋轉。這種旋轉的齒狀結構的存在是幾十年前首次提出的，但這是第一次被如此清晰地證實。這是理解超大質量黑洞和它們的宿主星系共同進化的重要一步。
  • 國家天文臺團隊發現迄今持續最久超大黑洞「心跳」
    瀏覽器版本過低，暫不支持視頻播放近日，由國家天文臺主導的科研團隊在黑洞研究中取得新的突破，發現了迄今持續最久的超大質量黑洞的「心跳」。據了解，這個特殊的黑洞是一個距離地球6億光年，具有2百萬個太陽質量的超大質量黑洞。研究人員通過在2007年和2018年兩個階段對其進行觀測，發現這個超大質量黑洞的X射線準周期震蕩信號，也就是「黑洞的心跳」，在相隔10年之久後仍然存在，並且現在信號比10年前更強。這也是目前觀測到的超大質量黑洞心跳信號的最長持續時間。
  • 與相對論契合:科學家首次觀察到一顆圍繞超大質量黑洞「跳舞」恆星
    天文學家使用超大望遠鏡，首次觀測到一顆圍繞一個超大質量的黑洞「跳舞」的恆星。這個發現與愛因斯坦廣義相對論契合。歐洲學術期刊《天文與天體物理學》雜誌4月16日發表了這份科學報告。據法國國家科學研究中心（CNRS）通過電子郵件的文告說，這項觀測是通過歐洲南方天文臺（ESO）的超大望遠鏡（VLT）重力儀器進行的。參加這個項目的科學家主要來自法國國家科學研究中心，巴黎天文臺，巴黎文理研究大學，格勒諾布-阿爾卑斯大學。
  • 超大質量黑洞在宇宙中並不罕見
    超大質量黑洞的質量一般為太陽的100億倍左右。到目前為止，我們發現的最大的超大質量黑洞都位於大型星系的中心，並且這些星系的附近還有許多其它大型星系。目前的記錄保持者位於后髮星系團中，於2011年由加州大學伯克利分校的研究團隊發現，質量為太陽的210億倍，已經載入了金氏世界紀錄。
  • 恆星在繞著超大質量黑洞「畫花瓣」
    4 月 16 日，國外媒體曝出天文學家利用歐洲南方天文臺（ESO）的超大望遠鏡（VLT）觀測到一顆恆星在銀河系中心，環繞著超大質量的黑洞運轉著。這一發現驗證了愛因斯坦提出的廣義相對論中所預測的結果。這一期待已久的結果是在天文學家近 30 年的追蹤觀測之下，依靠近年來發展得越來越精確的科學觀測手段才最終得以實現。
  • 科學家發現迄今最遙遠「隱形」超大質量黑洞
    根據美國宇航局的錢德拉X射線天文臺獲取的數據，天文學家發現迄今為止最遙遠「隱形」超大質量黑洞的證據。這個黑洞出現時，宇宙的年齡只有當前的6%。這是科學家發現的第一個證據，證明宇宙幼年時期存在被氣體遮蔽的黑洞。
  • 發現最小超大質量黑洞,還不到太陽質量的100萬倍!
    來自卡迪夫大學科學家領導的一個研究小組表示，使用一項新技術能夠以前所未有的細節，放大黑洞這些神秘的宇宙物體，更接近了解超大質量黑洞(SMBH)是如何誕生的。科學家們不確定超大質量黑洞是在宇宙大爆炸後不久的極端條件下形成（這個過程被稱為「直接坍塌」），還是在更晚的時候，從大質量恆星死亡所產生的「種子」黑洞中生長出來的。
  • 發現雙黑洞吞噬恆星罕見天文現象
    本報訊 安徽師範大學教授舒新文研究小組與中科院國家天文臺、中國科學技術大學等單位科研人員合作，在一個銀河系外星系中發現一對互相繞轉的超大質量雙黑洞吞噬恆星的罕見天文現象。這是天體物理學家迄今為止在正常星系中發現的第二例超大質量雙黑洞繞轉系統。該成果近日發表在《自然—通訊》。
  • 星系霍姆伯格15A中到底有多少個超大質量黑洞?
    它的中心是巨大的橢圓星系霍姆伯格（Holmberg）15A，據估計，它的質量是太陽質量的50萬億倍，是銀河系的數十倍。所有大星系的心中都有一個超大質量的黑洞，是太陽質量的數百萬或數十億倍。粗略地說，黑洞的大小與星系成比例，並且由於星系是如此之大，因此人們認為黑洞的核心也可能如此。星系黑洞從來沒有被直接測量過，但是使用各種間接風向子，它的質量估計是太陽質量的數百億到千億倍。
  • 中科院國家天文臺:中國天文界正為SKA做充分科學準備
    SKA第一階段的望遠鏡示意圖，包括由近200面碟型天線組成的中頻陣，以及由13萬個低頻天線組成的低頻陣（圖源：國際SKA組織）中科院國家天文臺/供圖中新網北京3月14日電 (記者 孫自法)記者14日從中國科學院國家天文臺獲悉，為迎接天文領域SKA
  • 超大質量黑洞周圍的M87巨星系!
    視界望遠鏡(EHT)已公布了黑洞視界的首張圖像，黑洞視界是光無法逃脫黑洞巨大引力的區域。這個巨大的黑洞，有著65億個太陽質量，位於橢圓星系梅西耶87 (M87)。EHT是一個國際合作組織，它在美國的支持包括美國國家科學基金會。這張來自美國宇航局斯皮策太空望遠鏡的圖片顯示了整個M87星系的紅外線。
  • 一個星系「懷抱」兩個超大質量黑洞,到底是種怎樣的體驗?
    然而，最近的一項研究卻發現星系中心可能存在兩個超大質量黑洞。近期，一個國際研究團隊發現了11個活躍星系的周期性伽馬射線暴發，其中2個為已知源，9個為新源。研究者認為導致這一現象的原因可能有多種，其中一種便是這些星系的中心存在兩個超大質量黑洞。
  • 超大質量恆星被黑洞吞噬，撕裂成了細長的麵條
    一個黑洞享用了一頓義大利麵條晚餐，天文學家能夠在2.35億光年遠的Eridanus星座的螺旋星系中見證這一事件。天文學家在智利歐洲南方天文臺用望遠鏡觀測到一顆恆星發出的光被一個超大質量的黑洞吞噬並撕裂。儘管聽起來似乎遙不可及，但該事件是迄今為止天文學家所見過的最接近的爆發性死亡。