超大质量黑洞质量增长与自旋演化

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1、论文题目壑盘盈量墨塑生量擅墨圭鱼选缝些作者姓名学科专业导师姓名完成时间袁业飞教授二oo七年六月中国科掌技术大学硕士毕业论文摘要超大质量黑洞、星系以及类星体共同演化的观点目前得到了广泛认可，因此，超大质量黑洞的演化历史是目前天体物理学研究的一个重点方向。随着对高红移宇宙的信息采集的越多，我们对于超大质量黑洞的了解也越来越多。黑洞的质量和自旋是黑洞的两个基本的特征量，它们对于我们研究黑洞历史将提供重要的信息。本论文主要在星系形成的“等级结构形成”模型的框架下，研究超大质量黑洞的通过并合和吸积过程导致的质量增长和自旋演化。第一章简单介绍了暗物质晕的等级结构形成理论．在流

2、行的冷暗物质’'bottom-up'’宇宙学模型中，小尺度(亚星系)的结构先形成，之后再不断地通过并合形成越来越大的结构。当两个质量楣当的暗物质晕并合之后(主并舍)，可能形成椭圆星系。假设在等级结构形成模型中，黑漏不甑通过主并合过程并合，从小到大形成了现在观测到的在不同红移处的超大质量黑洞(Lace)"＆Cole1993)，则可以解释许多观测到的类星体演化的特性。等级结构形成理论为我们今天所观测到的大尺度结构提供了自然的解释．第二章综述了超大质量黑洞质量增长的研究。超大质量黑洞(SMBHs)的所有增长模型要求SMBHs是从很早期(z芝15)的种子黑洞开始长成的。种

3、子黑洞在一些条件下经吸积与合并，到低红移时，长至一10990。本章对于目前关于SMBHs的观铡限制、种子黑洞的来源及SMBHs的增长途径作了简单介绍。第三章介绍了暗物质晕并合树的算法及实现。在冷暗物质宇宙模型中，暗晕是通过吸积及并合其它更小的结构等级形成，由于一系列并合及吸积的发生，暗晕的质量会随时间增长，结构会随时间演化。理论上，人们通常利用Press-Schechter理论或扩展的Press．schechtcr理论(EPS)以及相关理论来获得暗晕的条件质量函数和条件概率函数，并通过构造并合树来形象地描述暗晕的并合历史，本章我们采用MonteCarlo方法来实现

4、暗物质晕并舍树，在对其实现的过程中，我们采用了一种自适应方法对以往的方法加以改进，使得实现效率更高，数据存储量大大减少。在第四章中，我们主要研究了超大质量黑洞通过并合和吸积气体导致的其自旋的演化。吸积与合并都会使遗迹黑洞自旋有一定的变化。大质量黑洞的自旋对于观测效应有着重要的影响。自旋决定着释能率及活动星系核喷流的方向等。大质量黑洞自旋的分布一定意义上反映了黑洞的增长历史。在本文一3一中国科学技术大学硕士毕业论文中，我们考虑了两种不同的吸积盘模型：标准薄盘(SSD)和磁流体动力学盘(MHD)。为了考查种子黑洞初始自旋对于最终黑洞自旋分布的影响，我们分别考虑了初始自

5、旋分别为0．6和0．3两种情况。同时我们还研究了两种不同吸积盘模型下黑洞辐射效率的分布。结果发现：I)标准薄盘吸积和磁流体动力学盘吸积导致的黑洞的自旋分布存在一定的差异。在MHD盘模型中，高自旋的黑洞数目要低于在SSD盘模型中黑洞的数目，而其低自旋黑洞的数目要高于在SSD盘模型中黑洞的数目。2)两种不同吸积盘模型中得到的辐射效率分布存在很大的差异。这主要是因为两种吸积盘模型中黑洞自旋平衡值不同，对于SSD盘其为0．998，而对于SSD盘其约为0．95。自旋平衡值的这点差异导致了辐射效率分布很大的差异。3)高红移时自旋对于初始自旋有点记忆，随着气体吸积和并合，黑洞对

6、于初始自旋的记忆被慢慢抹去。但是，由于辐射效率分布主要取决于高自旋黑洞的数目，因此初始自旋对于辐射效率的分布影响不大。最后在第五章中，我们对自己的工作做了简短的总结和展望。关键词：暗物质晕，超大质量黑洞，吸积，自旋一d一中国科学技术大学硕士毕业论文AbstractCoevolutionofsupermassiveblackblacks(SMBHs)，galaxiesandquasars(QSOs)iswidelyaccepted，SOtheevolutionaryhistoryofSMBHsisahighlightofpresentastrophysicalres

7、earches，MoreandmoreinformationofthehightredshiftUniverseisaccumulatingbyobservations，whichdeepensOUrunderstandingofSMBHs．MassandspinofBHsaretwofundamentalcharacteristics，theysuppliescrucialinformationforstudyingofBHshistory．Inthisthesis．westIldythenlassgrowthandspinevolutionofSMBHsbym

8、erger