超大质量黑洞的自转及其宇宙学演化

Spin is a fundamental but poorly constrained parameter for describing supermassive black holes (SMBHs). Spin Evolution is closely linked to the properties of accretion disk surrounding SMBHs and cosmic gas supply. The most relevant important issues are: 1) how the properties of accretion disk impact on the spin evolution? 2) how the accreted material is channeled onto the SMBHs and what processes determine the angular momentum distribution of the accreted material? what is the triggering mechanism for SMBH activities? 3) Spin determines the radiative efficiency of energy conversion for accretion, and therefore the amount of feedback energy from the active galactic nuclei. With this regard, what is the connection between spin evolution and galaxy formation and evolution. Our previous studies reveal that SMBHs undergo random accretion and the spin evolution is downsizing. By investigating the physical origins of these intriguing results, we attempt to address above important issues and finally build up a global scenario for gas accretion from galaxy-scale regions onto the SMBHs.

自转是描述天体物理黑洞的两个基本参数之一，超大质量黑洞的自转研究具有基础和深刻的天体物理意义。黑洞自转的演化与黑洞吸积盘的性质及宇宙学时间上的气体供应历史密切相关，亟待解决的重要问题是：1）吸积盘的性质如何影响黑洞自转的演化？2）黑洞如何获得吸积原料以及这些吸积原料的角动量分布受哪些因素影响，黑洞活动的触发机制是什么？3）黑洞自转决定了黑洞吸积过程释能量的效率，即活动星系核对寄主星系的反馈能量，那么自转演化与星系形成和演化的关系如何？申请人及合作者已有的研究工作揭示了超大质量黑洞随机吸积的证据和自转演化随质量依赖的"donwsizing"现象。本项目将研究与这些现象相关的物理机制，并以此为切入点，试图回答上述重要问题,建立气体从星系尺度吸积到黑洞的整体图像。

自转是描述黑洞的重要参数，与黑洞的吸积和气体的供应历史密切相关。项目从黑洞自转演化，黑洞基本参数的测量，以及黑洞自转与星系并合三个方面开展研究。项目发展了计算黑洞自转演化的框架和程序，首次建立了黑洞自转演化与活动星系核寿命的关系，通过对活动星系核寿命的观测，揭示了黑洞自转演化的历史，支持黑洞随机吸积的物理图像；发展了新的定标技术和分析方法来提高黑洞基本参数的测量精度；发现了星系并合的产物——大质量双黑洞的观测证据。项目的实施有助于深入理解黑洞的吸积物理、黑洞基本参数的测量有等重要问题。