罕見的類星體三重態(tài)形成了宇宙中最大質量的物體之一 _類星體

Frontera上的超級計算機模擬揭示了超大質量黑洞的起源，超大質量黑洞被認為是整個宇宙中存在的最大質量的物體。這里顯示的是Astrid模擬中以最大質量類星體(BH1)及其宿主星系環(huán)境為中心的類星體三重態(tài)系統。紅色和黃色的線在BH1的參考系中標記了另外兩個類星體(BH2和BH3)的軌跡，因為它們螺旋進入彼此并合并。Credit: DOI 10.3847/2041-8213/aca160
據美國物理學家組織網（by University of Texas at Austin）：超大質量黑洞是宇宙中質量最大的物體。它們的質量可以達到幾百萬到幾十億個太陽質量。德克薩斯高級計算中心(TACC)的Frontera超級計算機上的超級計算機模擬幫助天體物理學家揭示了大約110億年前形成的超大質量黑洞的起源。
“我們發(fā)現超大質量黑洞的一個可能形成渠道是大質量星系的極端合并，這最有可能發(fā)生在‘宇宙正午’時期，”哈佛-史密森天體物理中心的博士后研究員岳影·倪說。
倪是2022年12月發(fā)表在天體物理學雜志《快報》上的論文的第一作者，該論文發(fā)現了三重類星體合并形成超大質量黑洞，三重類星體是由落入嵌套超大質量黑洞的氣體和塵埃照亮的三個星系核心系統。
計算機模擬與望遠鏡數據攜手合作，幫助天體物理學家填補恒星和黑洞等奇異物體起源的缺失部分。
迄今為止最大的宇宙學模擬之一被稱為Astrid，由Ni共同開發(fā) 。這是星系形成模擬領域中最大的粒子或內存負載模擬。
“Astrid的科學目標是研究星系的形成，超大質量黑洞的合并，以及宇宙歷史上的再電離， ”她解釋道。Astrid對跨越數億光年的大量宇宙進行建模，但可以放大到非常高的分辨率。
Ni使用德克薩斯高級計算中心(TACC)的Frontera超級計算機開發(fā)了Astrid ，這是美國最強大的學術超級計算機
“Frontera是我們從一開始就在Astrid中使用的唯一系統。這是一個純粹的基于Frontera的模擬，”倪繼續(xù)說道。
Frontera是Ni Astrid模擬的理想選擇，因為它能夠支持需要數千個計算節(jié)點的大型應用程序，這些節(jié)點是處理器和內存的獨立物理系統，它們被組合在一起用于一些最復雜的科學計算。
“我們使用了2，048個節(jié)點，這是大型隊列中允許的最大值，來啟動例行模擬。這只有在像Frontera這樣的大型超級計算機上才有可能， ”倪說。
她在Astrid模擬中的發(fā)現顯示了一些完全令人難以置信的東西——黑洞的形成可以達到100億太陽質量的理論上限。“這是一項極具計算挑戰(zhàn)性的任務。但你只能通過大容量模擬來捕捉這些罕見和極端的物體， ”倪說。
“我們發(fā)現的是三個超大質量黑洞，它們在宇宙正午聚集它們的質量，這是110億年前恒星形成、活動星系核(AGN)和超大質量黑洞達到其活動峰值的時候，”她補充道。
宇宙中大約一半的恒星誕生于宇宙正午。它的證據來自許多星系調查的多波長數據，如大天文臺起源深度調查，來自遙遠星系的光譜告訴它的恒星年齡，恒星形成歷史，以及內部恒星的化學元素。
“在這個時期，我們發(fā)現了三個大質量星系的極端和相對快速的合并， ”倪說。“每個星系的質量都是我們銀河系的10倍，每個星系的中心都有一個超大質量黑洞。我們的發(fā)現表明，這些類星體三重態(tài)系統有可能是那些罕見的超大質量黑洞的前身，在這些三重態(tài)相互引力作用并相互融合之后。”
此外，在宇宙正午對星系的新觀測將有助于揭示超大質量黑洞的合并和超大質量黑洞的形成。來自詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)的高分辨率星系形態(tài)細節(jié)數據正在滾滾而來。
“我們正在進行Astrid模擬JWST數據的模擬觀測，”倪說。
“此外，未來基于太空的美國宇航局激光干涉儀空間天線(LISA)引力波天文臺將讓我們更好地了解這些大質量黑洞如何合并和/或聚結，以及宇宙歷史上的層次結構、形成和星系合并，”她補充道。“對于天體物理學家來說，這是一個令人興奮的時刻，很高興我們可以通過模擬對這些觀測進行理論預測。”
倪的研究小組還計劃對AGN星系進行系統的研究。“對于JWST來說，它們是一個非常重要的科學目標，確定了AGN宿主星系的形態(tài)，以及它們與宇宙正午期間銀河系的廣泛人口相比有何不同，”她補充道。
倪說:“能夠使用超級計算機真是太好了，這種技術可以讓我們非常詳細地模擬宇宙的一部分，并根據觀察結果做出預測。” 。

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