類星體盤可能會發生黑洞碰撞事件
漫畫中突出了二元形成機制的類星關鍵階段，作為模擬中的體盤快照。第一個畫面顯示了孤立黑洞周圍的生黑“迷你”圓盤，它們在畫面2和3中彼此相遇并相互結合。洞碰之后，撞事雙星通過與改造過的類星迷你圓盤的引力相互作用緩慢演化，迷你圓盤圍繞兩個黑洞旋轉。體盤鳴謝:Connar Rowan等人。生黑
（神秘的洞碰地球uux.cn）據皇家天文學會：隨著引力波的發現，新的撞事研究揭示了可能導致黑洞合并事件的環境。這項工作由牛津大學的類星博士生Connar Rowan在本周的2023年國家天文學會議上提出。
首批引力波最初由阿爾伯特·愛因斯坦在1916年預測，體盤于2015年在地球上被探測到。生黑然而，洞碰確定它們在宇宙中的撞事起源一直是一個懸而未決的問題。要在如此遙遠的距離上被探測到，我們觀察到的引力波只能來自彼此非常接近的大型高密度物體對，如黑洞或中子星雙星。現在已經有超過90次這樣的探測，盡管允許這些物體足夠接近以發射引力波的主要天體物理環境仍然是一個謎。
黑洞可能經歷頻繁合并的一個可能環境是類星體。類星體是一個強大的活動星系核，由超大質量黑洞提供動力。一個致密的氣體盤圍繞著接近光速的超大質量黑洞旋轉，產生了極其明亮的輻射。
恒星質量黑洞與超大質量黑洞氣體盤的相互作用非常復雜，需要復雜的計算機模擬才能理解。在這項新的研究中，來自牛津大學和哥倫比亞大學的天文學家團隊檢查了這種嵌入圓盤的恒星質量黑洞的行為。這項工作表明，恒星質量的黑洞可以被拖入致密的類星體氣體盤中，并通過相互之間以及與盤中氣體的引力相互作用被迫進入雙星系統。
該團隊對包含兩個恒星質量黑洞的類星體氣體盤進行了高分辨率模擬。模擬的目的是看看黑洞是否被引力束縛的雙星系統捕獲，并可能在以后的時間在氣體盤中合并。這些模擬使用了2500萬個氣體粒子來模擬遭遇期間的復雜氣流，每次模擬需要大約三個月的計算運行時間。
黑洞雙星形成機制的圖解。圍繞一個超大質量黑洞運行的兩個孤立黑洞在超大質量黑洞周圍的大氣體盤中相遇。引力相互作用以及與氣體的相互作用從兩個黑洞中移除能量，使它們保持束縛。鳴謝:Connar Rowan等人。
模擬顯示，氣體在相遇過程中降低了黑洞的速度，因此通常只會分開的黑洞仍然受到引力的束縛，被困在彼此的軌道上，同時它們又繞著超大質量黑洞運行。這是通過它們之間的重力牽引以及圓盤和單個黑洞周圍的單個“迷你”圓盤中的大量氣體流的混合而發生的。
此外，類似于空氣阻力的直接氣體阻力也發揮了作用，氣體沿著它們的路徑被黑洞“吃掉”，迫使它們減速。作為通過引力相互作用吸收黑洞動能的反應，氣體在遭遇后立即猛烈噴射。這一結果出現在大多數模擬中，并證實了先前的預期，即氣體極大地促進了黑洞被束縛成對。
還發現黑洞的軌道方向會影響它們的演化。在一半的逆行雙星中——在這些雙星系統中，黑洞以與它們圍繞超大質量黑洞的軌道相反的方向相互軌道運行——黑洞可以足夠接近以產生顯著的引力波，并通過這些波發射非常迅速地消耗它們的軌道能量，非常突然地合并。
研究負責人Rowan說，“這些模擬解決了兩個主要問題:氣體能否催化黑洞雙星的形成，如果是這樣，它們最終能否靠得更近并合并？對于這個解釋觀測到的引力波信號起源的過程，兩個答案都需要是肯定的。”
“這些結果令人難以置信地興奮，因為它們驗證了超大質量黑洞盤中的黑洞合并可以發生，并可能解釋我們今天觀察到的許多或大多數引力波信號，”研究論文的合著者Bence Kocsis教授說。
“如果今天或未來觀察到的事件中有相當大的一部分是由這種現象引起的，我們應該能夠看到類星體和天空中的引力波源之間的直接聯系，”哥倫比亞大學的佐爾坦·海曼教授補充道，他是該研究論文的另一位合著者。
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