薇拉·魯賓天文臺(tái)將發(fā)現(xiàn)二元超大質(zhì)量黑洞

 人參與 | 時(shí)間：2025-12-11 02:15:48
薇拉·魯賓天文臺(tái)將發(fā)現(xiàn)二元超大質(zhì)量黑洞
這張圖片來(lái)自兩個(gè)合并黑洞的薇拉模擬。即將建成的魯賓量黑薇拉·魯賓天文臺(tái)應(yīng)該能夠在雙星合并之前探測(cè)到它們。但是天文臺(tái)臺(tái)州外圍專(zhuān)家（電話微信189-4469-7302）臺(tái)州外圍專(zhuān)家真實(shí)可靠快速安排令人煩惱的假陽(yáng)性問(wèn)題需要一個(gè)解決方案。鳴謝:uux.cn/模擬極端時(shí)空(SXS)項(xiàng)目
（神秘的發(fā)現(xiàn)地球uux.cn）據(jù)《今日宇宙》（埃文·高夫）：當(dāng)星系合并時(shí)，我們預(yù)計(jì)它們會(huì)產(chǎn)生二元黑洞(BBHs。元超bbh相互緊密環(huán)繞，大質(zhì)洞當(dāng)它們合并時(shí)，薇拉產(chǎn)生的魯賓量黑引力波已經(jīng)被Virgo處女座探測(cè)到。即將到來(lái)的天文臺(tái)薇拉·魯賓天文臺(tái)應(yīng)該能夠在它們合并之前找到它們，這將為星系合并、發(fā)現(xiàn)超大質(zhì)量黑洞、元超二元黑洞和引力波的大質(zhì)洞研究打開(kāi)一個(gè)全新的窗口。
據(jù)研究人員所知，薇拉像我們這樣的魯賓量黑大型星系中心有一個(gè)超大質(zhì)量黑洞(SMBH)。當(dāng)星系合并時(shí)，天文臺(tái)臺(tái)州外圍專(zhuān)家（電話微信189-4469-7302）臺(tái)州外圍專(zhuān)家真實(shí)可靠快速安排SMBHs彼此進(jìn)入一個(gè)緊密的軌道，成為一個(gè)二元黑洞(BBH。)最終，它們合并，這些合并產(chǎn)生了最強(qiáng)大的引力波。
薇拉·魯賓天文臺(tái)(VRO)將進(jìn)行一項(xiàng)大規(guī)模、多年的時(shí)域調(diào)查，反復(fù)拍攝天空?qǐng)D像，尋找變化。它叫做LSST:空間和時(shí)間的遺產(chǎn)調(diào)查。它將探測(cè)從小行星到超新星爆炸的一切。但是新的研究表明VRO也可以探測(cè)二元黑洞。
這篇論文的題目是“來(lái)自魯賓天文臺(tái)時(shí)域監(jiān)測(cè)的二元超大質(zhì)量黑洞的可靠識(shí)別”它已經(jīng)提交給《天體物理學(xué)雜志》,目前正在arXiv服務(wù)器上預(yù)印。主要作者是康涅狄格大學(xué)物理系的梅根·戴維斯。
“類(lèi)星體時(shí)域觀測(cè)中的周期信號(hào)已被用于搜索二元超大質(zhì)量黑洞，”作者寫(xiě)道。搜索產(chǎn)生了數(shù)百個(gè)候選bbh，但問(wèn)題是假陽(yáng)性率很高，高達(dá)60%。這對(duì)于產(chǎn)生有用的數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)太高了。研究人員能想出如何將這一比率降低到更容易控制的水平嗎？
薇拉·魯賓天文臺(tái)將發(fā)現(xiàn)二元超大質(zhì)量黑洞
在智利Cerro Pachón山脊清澈的藍(lán)天下，Vera C. Rubin天文臺(tái)的建設(shè)仍在繼續(xù)。這臺(tái)8.4米的望遠(yuǎn)鏡配備了一臺(tái)3.2千兆像素的相機(jī)，這是世界上有史以來(lái)為光學(xué)天文學(xué)制造的最大的數(shù)碼相機(jī)，預(yù)計(jì)將在2024年底首次亮相。它將對(duì)光學(xué)天空進(jìn)行一項(xiàng)前所未有的長(zhǎng)達(dá)十年的調(diào)查，稱為空間和時(shí)間遺產(chǎn)調(diào)查(LSST)。新的研究顯示了LSST如何成功地探測(cè)二元黑洞，這是一項(xiàng)因假陽(yáng)性而變得復(fù)雜的困難任務(wù)。鳴謝:uux.cn/noir lab/薇拉·魯賓天文臺(tái)
作者說(shuō)他們正在取得進(jìn)展。
類(lèi)星體是活躍星系核(AGN)的一個(gè)子類(lèi)，比其他AGN更明亮。AGN就是我們所說(shuō)的SMBHs，它們積極地吸積物質(zhì)并發(fā)光。問(wèn)題是類(lèi)星體在吸積物質(zhì)時(shí)會(huì)發(fā)生變化。這種可變性掩蓋了BBH的振幅，導(dǎo)致假陽(yáng)性。
“由于類(lèi)星體吸積的可變性，二進(jìn)制振幅被高估，三分之二的潛在二進(jìn)制振幅恢復(fù)不佳，”作者寫(xiě)道。
現(xiàn)代天文學(xué)是由數(shù)據(jù)主導(dǎo)的，而不是觀測(cè)技能。研究人員表示，假陽(yáng)性問(wèn)題的答案在于數(shù)據(jù)和計(jì)算。
“魯賓的LSST是我們利用電磁觀測(cè)識(shí)別二進(jìn)制SMBHs的最佳機(jī)會(huì)，也將我們進(jìn)一步推向大數(shù)據(jù)時(shí)代，因?yàn)閾?jù)預(yù)測(cè)，它每晚將產(chǎn)生超過(guò)20tb的數(shù)據(jù)，”研究人員在他們的論文中寫(xiě)道。
如此巨大的數(shù)據(jù)量意味著LSST將不得不在數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)對(duì)其進(jìn)行篩選，在搜索bbh時(shí)準(zhǔn)備一種有效的方法要從模擬開(kāi)始。在這項(xiàng)工作中，研究人員模擬了單個(gè)和雙類(lèi)星體的數(shù)百萬(wàn)個(gè)LSST深場(chǎng)光曲線。
研究人員在他們的論文中寫(xiě)道:“我們的目標(biāo)是為魯賓的LSST深鉆場(chǎng)(DDFs)創(chuàng)建類(lèi)星體的真實(shí)光曲線，包括孤立(單SMBH)和雙星系統(tǒng)。”DDFs獨(dú)立于VRO將要進(jìn)行的大型調(diào)查。它們是密集的觀測(cè)，提供了更深的覆蓋范圍和更頻繁的時(shí)間采樣。
類(lèi)星體是復(fù)雜的物體，當(dāng)它們是雙星時(shí)，復(fù)雜性會(huì)增加。科學(xué)家認(rèn)為孤立類(lèi)星體和雙星類(lèi)星體都有可變的吸積盤(pán)。彼此靠近的雙星有一個(gè)環(huán)繞雙星的吸積盤(pán)。但是每個(gè)SMBH都有自己的迷你磁盤(pán)，這就使情況變得復(fù)雜了。為這些不同的排列生成逼真的光線曲線是作者研究的第一步。
薇拉·魯賓天文臺(tái)將發(fā)現(xiàn)二元超大質(zhì)量黑洞
一個(gè)活躍類(lèi)星體的插圖。它們的光度和可變性會(huì)導(dǎo)致尋找二元黑洞時(shí)的誤報(bào)。貸方:uux.cn/ESO/M. Kornmesser
“我們的目標(biāo)是模擬魯賓觀察到的類(lèi)星體群體的廣泛和代表性范圍的光變曲線，”作者解釋說(shuō)。
研究人員從類(lèi)星體生成了超過(guò)360萬(wàn)條魯賓/LSST光曲線，其中大量是針對(duì)雙星SMBHs的。當(dāng)檢查和擬合所有這些曲線時(shí)，假陽(yáng)性仍然是一個(gè)問(wèn)題。“我們保守估計(jì)，超過(guò)40%的孤立的單個(gè)類(lèi)星體將導(dǎo)致對(duì)簡(jiǎn)單正弦擬合的二進(jìn)制SMBH系統(tǒng)的假陽(yáng)性檢測(cè)，”作者寫(xiě)道。
他們還發(fā)現(xiàn)，大質(zhì)量發(fā)光類(lèi)星體比真正的雙星更有可能是假陽(yáng)性。
“我們建議在使用正弦曲線擬合進(jìn)行二進(jìn)制SMBH探測(cè)時(shí)要謹(jǐn)慎，”研究人員總結(jié)道。
區(qū)分類(lèi)星體和BBHs并不容易。大自然不會(huì)舉著牌子告訴我們哪個(gè)是哪個(gè)。但是大自然確實(shí)提供了線索，盡管在這種情況下，它們是糾纏在一起的，很難辨別。這項(xiàng)工作顯示了哪種類(lèi)型的類(lèi)星體光變曲線最有可能產(chǎn)生假陽(yáng)性，這是朝著解決這個(gè)問(wèn)題邁出的一大步。
研究人員還能夠?qū)⒛承┣闆r下的假陽(yáng)性率從60%左右降低到40%左右。這是朝著正確方向邁出的重要一步，盡管這個(gè)問(wèn)題還需要做更多的工作。
薇拉·魯賓天文臺(tái)將發(fā)現(xiàn)二元超大質(zhì)量黑洞
這顯示了深鉆井場(chǎng)將產(chǎn)生的一些模擬LSST光曲線。頂部面板顯示了一個(gè)單獨(dú)的孤立類(lèi)星體的模擬光變曲線。下圖顯示了一個(gè)模擬的雙星的光變曲線。鳴謝:uux.cn/戴維斯等人2023
“這篇論文的目的是探索在魯賓/LSST·DDF觀測(cè)中，對(duì)于一個(gè)典型的類(lèi)星體群體，雙星SMBHs的可探測(cè)性，”作者解釋說(shuō)。下一步是使用不是從模擬而是從觀測(cè)到的類(lèi)星體群體中產(chǎn)生的光變曲線。基于二進(jìn)制SMBHs的引力波搜索也將是這項(xiàng)工作的一部分。
正弦曲線擬合會(huì)產(chǎn)生假陽(yáng)性，但還有另一種擬合光變曲線數(shù)據(jù)的方法。它叫做DRW:阻尼隨機(jī)漫步。DRW是一種經(jīng)濟(jì)的計(jì)算方法，可以幫助管理薇拉·魯賓天文臺(tái)將產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)。Davis和她的同事打算在未來(lái)用計(jì)算成本低廉的DRW擬合重新審視他們的分析。“這可能會(huì)導(dǎo)致更有效的假陽(yáng)性分類(lèi)，”他們總結(jié)道。
在其10年的運(yùn)行中，LSST預(yù)計(jì)將探測(cè)到2000萬(wàn)到1億個(gè)活躍的星系核。確定哪些是bbh意味著處理大量前所未有的數(shù)據(jù)。如果LSST每晚確實(shí)產(chǎn)生20tb的數(shù)據(jù)，那么處理所有這些數(shù)據(jù)以搜索bbh的任務(wù)將會(huì)非常艱巨。
研究人員尚未完全解決海量數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)中的假陽(yáng)性這兩個(gè)問(wèn)題，但他們已經(jīng)取得了進(jìn)展。 頂: 3踩: 89256