超大质量黑洞模型预测碰撞时的特征光信号【博科园-科学科普（关注“博科园”看

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【博科园-科学科普（关注“博科园”看更多）】罗彻斯特理工学院的研究人员说，对超大质量黑洞的一种新的模拟，使用了一个现实的场景来预测周围气体在质量碰撞前发出的光信号。这一研究表明，利用现有的两种信息渠道(即电磁和引力波)，预测超大质量黑洞的合并将是第一步。这两种途径被称为“multimessenger天体物理学”。这一发现发表在《天体物理学杂志快报》上的论文“双黑洞接近合并的微型磁盘的准周期行为”。RIT的计算相对论和引力中心的研究人员博士后研究员Dennis Bowen说：已经完成了第一个模拟，在一个双星黑洞周围的吸积盘，在广义相对论和磁铃动力学的每个黑洞周围，提供了单个吸积盘。

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在一个大型气体盘中央的两个超大质量黑洞，在一个由RIT科学家模拟的时间序列上发生碰撞。上面显示的是气体的交替流动，并耗尽了供给黑洞的微型磁盘。气体中发出的特征光信号可以标记出看不见的物体的位置。图片版权：RIT Center for Computational Relativity and Gravitation

不像他们那些不那么大的表亲，在2016年首次发现，超大质量黑洞是由环绕在周围的气体盘，像甜甜圈一样。黑洞的强大引力吸引了另一个黑洞的热量，并破坏了从盘到黑洞的气体流动，并在可见到x射线部分的电磁波谱中释放出周期性的信号。没有看到两个超大质量黑洞的接近，提供了这些合并在望远镜中会是什么样子的第一个暗示，微型吸积极盘的填充和填充会影响光的特征。

模拟模型模拟了一对双星的超大质量黑洞，每个黑洞都被自己的气盘包围着。一个大得多的气盘环绕着黑洞，不均匀地向另一个小圆盘上注入一个小圆盘，从而导致了纸上描述的填充和再填充循环。计算相对论和引力中心的主任Manuela Campanelli说：进化的时间足以研究真正的科学结果会是什么样子。在较低的频率下，两个超大质量黑洞的引力波比恒星质量的黑洞大。2016年地面激光干涉引力波天文台探测到来自恒星质量黑洞的第一次引力波与一种调到更高频率的仪器发生碰撞。LIGO的灵敏度无法观测到超大质量黑洞合并产生的引力波信号。

太空激光干涉仪（LISA）将于本世纪30年代发射，将探测到在宇宙中碰撞超大质量黑洞的引力波。在本世纪20年代，在智利Cerro Pachon建造的地面大型综合光学测量望远镜(LSST)将产生宇宙中最广泛、最深入的光排放测量。在RIT研究中预测的信号模式可以指导科学家们对超大质量黑洞进行轨道运行。Bowen说：在multimessenger天体物理学的时代，像这样的模拟需要对伴随引力波的电磁信号进行直接预测，这是朝着模拟的最终目标迈出的第一步，它能够直接预测即将合并的二进制黑洞的电磁信号。Bowen和他的合作者们将RIT的黑洞实验室计算机集群和位于伊利诺伊大学厄巴纳-尚佩恩分校的超级计算应用中心的Blue Waters超级计算机结合在一起，这是美国最大的超级计算机之一。

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在RIT科学家的模拟中，一对超大质量黑洞的磁场线在一个巨大的气体盘中接近合并。气体盘上的周期光信号有一天会帮助科学家找到超大质量的双星黑洞。图片版权：RIT Center for Computational Relativity and Gravitation

来自RIT的天体物理学家，约翰霍普金斯大学和美国航天局戈达德太空飞行中心合作完成了这个项目。这本书的作者是鲍恩博士的博士论文，并完成了论文的合著者斯科特·诺布尔(Scott Noble)的研究，他曾是一名RIT博士后研究员，现在供职于NASA戈达德。他们的研究是由坎帕内利领导的国家科学基金会资助的一个项目的一部分。共同作者包括：Vassilios Mewes, RIT博士后研究员;Miguel Zilhao，前RIT博士后研究员，现在在葡萄牙的里斯本大学;Julian Krolik，约翰霍普金斯大学的物理学和天文学教授。在一篇即将发表的论文中，作者将进一步探讨气体在吸积盘的进出与波动的光排放之间的相关性。科学家们将在寻找即将合并的超大质量黑洞时，用先进的望远镜观测到光特征的预测。

知识：科学无国界，博科园-科学科普
参考：天体物理期刊
内容：经“博科园”判定符合今主流科学
来自：罗切斯特理工大学
编译：中子星
审校：博科园
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传播：博科园