國家天文臺等模擬揭示黑洞與寄主星系共同演化

　　 中國科學院國家天文臺“絲綢之路”項目組青年博士后李碩等人，利用國家天文臺高性能GPU機群“老虎”系統，借助先進的GPU加速計算技術，在國際上首次實現了百萬級粒子分辨率的星系中心反沖黑洞潮汐瓦解動力學數值模擬。在考慮潮汐瓦解作用的前提下，研究揭示了反沖黑洞與寄主星系共同演化的重要特征。反沖黑洞束縛的致密恒星團也得以首次分辨。相關論文發表在國際核心期刊ApJ（ApJ, 748, 65L, 2012）。

　　近些年來，國內外的很多學者進行了大量的理論與數值分析工作，研究超大質量雙黑洞的演化及相關觀測特性。但雙黑洞系統的物理尺度相對較小，在觀測中很難分辨。特別是對于中心氣體不夠豐富的寧靜星系尤為困難。最近，國家天文臺博士后李碩等人與北京大學的研究人員合作，巧妙地將雙黑洞合并產生的反沖黑洞與黑洞潮汐瓦解恒星這一物理過程結合起來，深入研究了反沖黑洞與寄主星系中恒星的共同演化。在此基礎上，反沖黑洞潮汐瓦解恒星的觀測特性得到了深入地了解。

　　該項研究首次發現，反沖黑洞除了帶有一個超致密的束縛恒星系統，還影響著更大范圍內的非束縛恒星。這些受到影響的非束縛恒星圍繞反沖黑洞形成了軸對稱的云狀分布。這一特征反映了反沖黑洞在受到周圍恒星的動力學摩擦作用的同時，也反過來影響并改變了后者的分布。估算表明，這種軸對稱型的云狀分布很可能具有與致密矮星系相當的質量與尺度，但卻擁有遠高于后者的恒星速度彌散。

　　冷暗物質宇宙學星系等級形成理論預言星系的合并很可能導致超大質量雙黑洞的形成。由于中心黑洞與寄主星系間存在著共同演化的關系，雙黑洞的演化也必將影響星系結構的形成與演化。此外，演化后期的超大質量雙黑洞將是非常獨特的引力波輻射源，對這類天體的研究與觀測能夠驗證引力波和相對論在極端條件下的適用性。因此，對雙黑洞演化的研究具有十分重要的意義。

　　此工作系絲綢之路項目的系列工作之一。該項目致力于推進高效能超級計算機在天文學中的應用。由項目組主持搭建的GPU機群“老虎”在天文領域具有世界領先的計算性能。借助“老虎”平臺，項目組在國家天文臺特聘研究員Rainer Spurzem領導下完成了迄今為止粒子分辨率最高的星系動力學數值模擬工作。