星系中心超大质量黑洞

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1、星系中心超大质量黑洞－探测方法及统计性质陆由俊(luyj@nao.cas.cn)中国科学院国家天文台2012年11月1日@中国科学技术大学11/1/12大质量黑洞1摘要· · · · · · 黑洞的概念及理论基础天文背景下的黑洞类星体与大质量黑洞正常近邻星系中的黑洞质量测量活动星系核中黑洞质量的测量黑洞质量与寄主星系性质之间关系的物理背景· 黑洞研究展望11/1/12大质量黑洞2黑洞概念：逃逸速度· 摆脱一引力场的引速度>Vesc力束缚所需的最低初始速率速度

2、R质量:M半径:R地球:Vesc=11km/s太阳:Vesc=600km/s11/1/12大质量黑洞3简单经典的考虑Rev.JohnMichell(1783)&Pierre-SimonLaplace(1796)· 光速＝3x105km/s· 如果一个星体的尺度如此小乃至其逃逸速度大于光速，将如何?看不见星体！Vesc=光速地球质量天体：R＝0.9cm太阳质量天体：R＝3km11/1/12大质量黑洞4“DarkStar”爱因斯坦场方程真空解· · · · · · 1915:广义相对论爱因斯坦的引力理论1916:Schwarz

3、schild黑洞度规,M1963:Kerr发现新解－Kerr黑洞,M,a1967:JohnWheeler术语命名Reissner-‐Nordstrom度规，M,QKerr-‐Newman度规,M,a,Q11/1/12AlbertEinstein大质量黑洞KarlSchwarzschild5最简单的天体黑洞“无毛”定理：黑洞性质由以下三个物理量唯一确定：质量,自旋,电荷。黑洞温度：Schwarzschild黑洞：T=hc38ðkGM11/1/12大质量黑洞6SchwarzschildandKerr黑洞Schwarzschi

4、ldmetric(史瓦西度规):22dr21−2M/r+r2(dè2+sin2èdö2)视界rSchKerrmetric（克尔度规）:=2GMc2奇点视界自旋广义相对论中的黑洞不同于经典牛顿力学下的“DarkStar”：· 光速：速度上限· 视界：任何进入视界的物体无法逃出，至奇点。11/1/12大质量黑洞7ds=−(1−2M/r)dt+天文背景下的黑洞质量分类：– 恒星质量的黑洞(~10太阳质量):大质量恒星演化的最终产物– 中等质量的黑洞(~103－4太阳质量)?– 大质量黑洞(~105－9太阳质量)– Micro-

5、‐黑洞，宇宙原初黑洞11/1/12大质量黑洞8星体：压力平衡引力11/1/12大质量黑洞9Fromwww.astronomynotes.com黑洞：恒星演化产物· 白矮星– 钱德拉塞卡质量极限：1.44太阳质量· 中子星· 黑洞金属丰度恒星质量SubramanyanChandrasekhar与γ爆相携?11/1/12大质量黑洞10黑洞：恒星演化产物· 通过伴星运动测X射线星质量M=rv2/GM>3倍太阳质量è黑洞!· 银河系中大约十几个黑洞通过这种方式被发现(>poftheiceberg)11/1/12大质量黑洞

6、11黑洞候选者伴星的速度和轨道è黑洞的质量11/1/12大质量黑洞12类星体与大质量黑洞· 谈到大质量黑洞就不得不谈类星体、其发现历史及其能源机制！11/1/12大质量黑洞13类星体的发现历史1963年MaartenSchmidt等证认出它们实际上是红移了的氢、氧和其他元素的发射线Greenstein&Mathews1963,Nature同一期,for3C48,z=0.3711/1/12大质量黑洞14类星体的发现历史· 射电点源（类似于恒星的光学对应体）被叫做“Quasi-‐StellarRadioSources”;华裔天文

7、学家邱宏义（H.-‐Y.Chiu）将其缩写为“Quasars”（1964），1970年被ApJ接受；· Sandage(1965)等证认了很多紫外过剩类似于Quasars的光学天体，但它们的射电较弱。Sandage把此类天体叫做“bluestellarobjects”(BSOs)；稍后该类天体被叫做“quasi-‐stellarobjects”（QSOs）。在文献中有时并不严格区分这两类天体11/1/12大质量黑洞15类星体巡天XMMX-raysurvey2dF大样本类星体的观测和统计是理解类星体的本质必经之路。SDSS· · 

8、单个类星体代表着核活动性长期演化的一个特别时刻。一个大类星体样本应该包含了处于演化过程中各个不同时刻的个体，因而可以帮助提取类星体的形成和演化信息。能量产生机制基本问题:能量是如何产生的?· ～1042-‐