科学通报|致密天体在活动星系核吸积盘中的迁移

引力波探测的最新进展启发人们重新研究活动星系核吸积盘中致密天体（如中子星、恒星级黑洞等）的形成和演化过程，同时试图寻找可能的多信使观测特征。本文回顾了对活动星系核吸积盘中致密天体迁移过程进行的相关研究和取得的理论成果，以及这一过程可能造成的观测现象。

活动星系核是星系中心的超大质量黑洞及其周围物质的集合体，这些黑洞通过吸积周围的气体，释放出巨大的能量，成为宇宙中最明亮的天体之一。围绕在这些超大质量黑洞周围的吸积盘是活动星系核的重要组成部分，这些吸积盘不仅是物质的聚集地，还通过复杂的物理过程将能量和角动量传递到黑洞。在活动星系核的吸积盘中可能存在着许多更小的致密天体（如中子星和恒星级黑洞）。这些致密天体在吸积盘中的形成、演化和迁移过程，可以在宇宙中最极端环境下产生丰富的天体物理现象，这为我们理解星系核心的环境、吸积盘的结构以及极端环境下的天体物理过程提供了关键线索。近日， 北京大学陈弦课题组在《科学通报》发表题为“致密天体在活动星系核吸积盘中的迁移”的评述文章，深入探讨了致密天体在活动星系核吸积盘中的迁移机制及其相关的天文学观测现象，并展望了未来的研究方向 。

活动星系核吸积盘中形成大量致密天体。这些致密天体可以通过多种动力学过程形成致密双星，并可能最终并合，成为引力波源。（Credit: Tagawa et al. 2020）

吸积盘中的致密天体，如中子星和恒星级黑洞等，可能在活动星系核吸积盘中形成或者由吸积盘捕获的恒星演化而来。其后续演化与其在吸积盘中的“运动”，也就是所谓的迁移过程息息相关。文章详细介绍了致密天体在吸积盘中的几种主要迁移机制：致密天体与吸积盘的撞击会导致其轨道能量和角动量的损失，从而引发迁移；致密天体在吸积盘中激发密度波，导致其轨道能量和角动量的转移；当致密天体质量足够大时，会在吸积盘中开沟，并随着气体粘滞行为一起迁移；高吸积率吸积盘中的气体旋转速度偏离开普勒速度，由此带来的流体力学摩擦导致致密天体的迁移。此外，还有一些如热力矩和第三体潮汐力等其他因素造成的迁移机制。

致密天体的迁移可以带来丰富的天文学观测现象。例如，活动星系核吸积盘中的大质量恒星演化会导致星系核心金属丰度的增丰。致密天体的迁移过程还会导致恒星级致密双星（如双黑洞、双中子星等）的形成，并产生引力波辐射。这种引力波源可能是地面引力波探测器LIGO和Virgo观测到的大质量恒星级双黑洞的成因。另外，吸积盘中的致密天体可能会通过I型迁移和II型迁移机制向内旋近，最终落入中心超大质量黑洞，形成极端质量比旋近（EMRI）或中等质量比旋近（IMRI）系统。这些系统也是未来空间毫赫兹引力波探测的重要波源。

尽管目前的研究已经取得了许多重要进展，但致密天体在吸积盘中的迁移仍然存在许多重要理论问题，如湍流、强磁场和强相对论效应的影响等。我国的巡天望远镜，如Einstein Probe和CSST，以及计划中的空间引力波探测器，如“太极”、“天琴”等，将帮助我们发现更多相关的观测现象，从而更好地理解致密天体迁移这一天体物理过程。

本文收录于“超大质量黑洞吸积盘中恒星的形成和演化专题”。

彭朋, 陈弦*. 致密天体在活动星系核吸积盘中的迁移. 科学通报, 2025,

https://doi.org/10.1360/TB-2024-0565

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