刘富坤教授等关于“黑洞”被评选为我国2011年度十大天文科技进展

由中国天文学会和中国科学院国家天文台共同组织、在全国范围内开展的“2016年度十大天文科技进展”评选活动近日圆满结束，并于9月13日向公众公布评选结果。我校物理学院天文系刘富坤教授领导的研究团队提交的科研成果“我国学者关于超大质量双黑洞与吸积盘相互作用的理论预言得到射电观测证实”入选。本次评选活动征集参选项目共计15项，其中参选“天文基础和应用基础研究类”的项目8项，参选“技术及设备发展和工程进展类”的项目7项。经有关天文单位的165位由教授和院士组成的专家投票评选，两类项目中各有5项入选。刘富坤教授等的成果是本次十大天文科技进展中唯一以高校牵头的入选项目。

近十余年的天文观测表明，几乎所有具有核球结构的近邻星系中心都存在比太阳重百万倍以上的“超大质量黑洞”。天文学家普遍认为，宇宙深处的类星体以及从类星体喷射出的大尺度等离子体喷流，很可能是由超大质量黑洞从星系核环境吸积气体形成环绕黑洞的“吸积盘”以及沿黑洞自转轴方向抛射等离子体而形成的。目前流行的冷暗物质宇宙学认为，星系是通过不断合并而增长的，因此合并后星系中心很可能形成一对“超大质量双黑洞”。双黑洞并合时所产生的引力波辐射是目前欧洲空间局(ESA)正在建造中的引力波探测器“激光干涉仪空间天线(eLISA)”以及“脉冲星计时阵引力波探测项目”的主要探测目标。对这些双黑洞的探测将检验冷暗物质宇宙学星系等级形成理论、研究超大质量黑洞的形成和增长、而探测其并合时产生的引力波辐射除检验现代宇宙学模型和爱因斯坦广义相对论外，还将开启引力波天文学和引力波宇宙学。然而如何利用现有的天文设备在电磁波段探测双黑洞、从而为引力波源精确定位并开展多信使天文学研究，仍是目前双黑洞以及引力波研究领域的关键难题。

物理学院天文系的刘富坤教授及其领导的研究团队长期从事双黑洞及其可观测特性方面的理论研究。自2002年起，刘富坤教授与其合作者吴学兵教授等从理论上深入研究了双黑洞与吸积盘之间的相互作用，并分别于2003年和2004年在英国皇家天文学会月刊(Monthly Notice of the Royal Astronomical Society)340期第2卷、347期第4卷上发表论文提出“双黑洞与吸积盘相互作用和并合理论”，并预言：(1)在星系合并晚期，形成的超大质量双黑洞将与吸积盘发生相互作用;(2)在双黑洞的作用下，吸积盘将被扭曲、变形并随后改变中心黑洞的自转方向，从而导致大尺度喷流由一个方向改道另外一个方向;(3)演化到引力波辐射并合并的双黑洞会清除吸积盘的内区物质，造成类星体活动中止，喷流出现中断之后再形成[参见图1a]。

刘富坤教授等发表的两篇相关研究论文在国际上已产生重要影响，至今已被引用90余次。其理论模型的预言最近被波兰天文学家Kozieł-Wierzbowska等利用美国甚大射电望远镜阵列(VLA)和印度巨型米波射电望远镜(GMRT)等对射电星系CGCG 292-057的观测所证实[参见图1b,1c]。Kozieł-Wierzbowska等的观测表明：(1)CGCG 292-057星系处于星系合并的晚期;(2)在过去一亿年内，其射电喷流曾显著改变形成方向，然后发生中断;(3)大约一百万年前新的喷流重新开始喷发。这一新发现的合并星系CGCG 292-057所具有的“处于星系并合晚期、大尺度喷流变向、小尺度喷流中断”的特征，完全符合刘富坤教授等人的理论预言。Kozieł-Wierzbowska等人在其2016年5月发表在英国皇家天文学会月刊422期第2卷上的文章结论中特别指出：CGCG 292-057的发现验证了刘富坤等人提出的双黑洞与吸积盘相互作用理论，对该星系的进一步研究将有助于人们理解双黑洞对星系形成和演化的影响。

图：[插图a]：刘富坤等提出的“双黑洞与吸积盘相互作用理论”预言：(1)由星系合并形成的双黑洞演化到后期将与吸积盘作用;(2)双黑洞与非共面吸积盘的相互作用将改变中心黑洞的自转方向，从而改变大尺度喷流的方向;(3)演化到引力波辐射阶段的双黑洞会清空吸积盘的内区，造成气体吸积流的中止，从而导致喷流中断。[插图b]:CGCG 292-057具有显著的星系合并特征。[插图c]：CGCG 292-057的射电图像显示：喷流的方向在过去一亿年内发生过显著改变(outer lobes)，并且新的喷流大约在一百万年前重新形成(inner lobes)。

来源：北京大学新闻网