研究人员探查围绕超大质量黑洞的恒星团的特征

在银河系的中心，数百万颗恒星绕着一个超大质量黑洞绕着轨道旋转。对于靠近黑洞事件视界的恒星来说，这条电路可能要花费几个小时，而对于遥远的邻居来说，这条电路可能需要数千年的时间。舞蹈的性质(星辰如何通过其引力共同相互作用)可能因星系而异。

在2019年7月12日发表在《物理评论快报》上的论文《黑洞星团中的有序无序相变》中，来自贝鲁特美国大学和莱顿大学的高级研究所的科学家们迈出了第一步了解围绕超质量黑洞的星团中出现的集体轨道模式。通过研究这些恒星团及其演化过程，研究人员正在收集有关超大质量黑洞的行为及其对恒星周围环境的影响的新见解。

基于一系列数值模型和模拟，研究小组表明，当黑洞星团冷却到临界动态温度以下时，它们会经历从球形到偏斜状态的相变。在某种意义上，这种相变类似于液体变成固体时发生的相变。正如分子可能从无序液态转变为冻结状态一样，这些星团根据其性质和环境，能够以无序(球形)或有序(倾斜)结构达到平衡。

该论文的三位作者之一，高级研究学院的理查德·布莱克(Richard Black)教授斯科特·特雷曼(Scott Tremaine)说：“这些系统表现出令人惊讶的丰富行为，与经过充分研究的实验室现象如冷冻和铁磁性有显着的相似之处。” “这些新现象可能会极大地改变我们对超大质量黑洞环境的理解，并增强我们对超大质量黑洞合并的速率和性质，黑洞对恒星的消耗以及星系中心其他现象的理解能力。”

在哈勃太空望远镜拍摄的附近仙女座星系的影像中，可以看到一个围绕着超大质量黑洞的倾斜的核星团。另一方面，最近由事件地平线望远镜拍摄的我们家中的银河系和M87则容纳了球状星团。对于更遥远的星系，核星团太小而无法用现有的望远镜成像，但团簇的形状可能会强烈影响我们可以观察到的瞬态事件，例如潮汐扰动产生的耀斑和恒星旋转成黑色的引力波信号洞。

另一位研究者吉哈德·图玛(Jihad Touma)表示：“目前的工作，不只是一种方式，是我们对黑洞星团热性质的研究计划的终结。这为研究它们对进化和环境扰动的集体反应奠定了基础。”该论文的作者。“我们相信，我们已经确定和分析的模型系统具有现实性和通用性，足以在重力作用中扮演伊辛模型并继续为磁性发挥作用。”

这段来自智利ESO超大型望远镜上的NACO仪器的延时录像显示，恒星绕银河系中心位于超大质量黑洞的轨道运行了近20年。图片提供：欧洲南方天文台(ESO)

为了确定自然界中这种相变发生的频率，需要进一步研究核星团的形成和演化过程。但是，仙女座(我们的星系最近的大邻居星系)中存在偏斜星团，这表明这是宇宙中的一个普遍过程。

该研究小组由贝鲁特美国大学的圣战分子托马(Jihad Touma)和自然科学学院的前IAS成员兼访问者(2007–09; 2013–14; 2017)组成。高等研究院的Scott Tremaine;和莱顿大学的Mher Kazandjian。

此处提供了详细介绍团队方法的论文链接。团队承认使用IAS计算工具来执行对其工作必不可少的计算。