| Abstract | 按照目前流行的冷暗物质宇宙学模型，星系是通过不断并合而成长的。由于星系核心几乎都存在比太阳重百万倍以上超大质量黑洞，因此星系并合必然导致超大质量双黑洞（简称“双黑洞”）的形成。探测双黑洞，尤其是探测双黑洞与周围气体、恒星相互作用时产生的电磁波辐射，对检验宇宙学模型、研究暗物质晕核星系的内部结构、理解活动星系核的活动性、以及探测双黑洞并合辐射的引力波等都具有至关重要的意义。在活动星系核这样的富气体环境中，人们已经发现了个别双黑洞存在的证据；但是在贫气体的宁静星系（比如银河系）中，迄今尚未发现有力证据证明双黑洞的存在，这主要是由于人们不清楚贫气体环境中双黑洞有哪些电磁辐射特性。<br> 早期理论预言，当恒星运动到离黑洞足够近，以至于受到的黑洞潮汐力大于恒星自身的引力时（对应的距离叫做潮汐半径），恒星将被黑洞潮汐瓦解，并且在随后恒星碎片回落到潮汐半径附近以及被黑洞吸积的过程中产生强烈的红外、光学、紫外、X-射线爆发。最近人们已经利用这种“潮汐闪耀”成功探测到了几个宁静星系中的超大质量单黑洞。由于恒星潮汐瓦解发生的频率敏感的依赖于黑洞周围恒星的分布，并且超大质量双黑洞的形成和演化将显著影响星系核心恒星的运动和分布，因此本篇博士论文提出可以通过研究双黑洞对星系核心潮汐闪耀频率的影响来限制贫气体环境中双黑洞的比例和演化状态。<br> 为此，本文作者展开了数值三体散射试验，从统计的角度研究恒星与双黑洞的三体相互作用过程。利用散射实验，本文精确计算了具有不同束缚能的恒星被双黑洞潮汐瓦解的概率，并且分析了单黑洞和双黑洞系统中恒星潮汐瓦解频率的差异及其成因。利用散射实验的结果，并且结合实际的星系模型，本文建立了双黑洞和星系中心星团的共同演化模型，并依此研究了恒星潮汐瓦解和双黑洞演化之间的相互影响。<br> 通过上述对超大质量双黑洞系统中恒星潮汐瓦解频率的研究，本文发现<br> ●双黑洞形成早期可能伴有高达0.1-1yr-1的恒星潮汐瓦解频率，比单黑洞系统中的频率高1，000到10，000倍。这是由于双黑洞形成时周围存在大量束缚恒星，双黑洞会通过长期的微扰效应和短期的共振作用使恒星轨道椭率增加，致使大量低角动量恒星进入中心黑洞的潮汐半径。这种双黑洞-束缚恒星相互作用导致的高潮汐瓦解频率可以持续十万到百万年左右，直到星系核心的束缚恒星被大量消耗、双黑洞的演化时标长于束缚恒星轨道椭率的典型增长时标为止。<br> ●束缚恒星被消耗的同时，非束缚（或者束缚能较低）的恒星逐渐主导双黑洞系统的潮汐瓦解频率。由于三体引力弹弓效应抑制了非束缚恒星向中心黑洞潮汐半径内填充恒星的效率，因此非束缚恒星主导的潮汐瓦解频率比单黑洞系统中的频率低1个量级以上。这种低潮汐瓦解率状态一直持续到双黑洞并合成单黑洞才开始回升。<br> ●宁静星系中处在演化早期的双黑洞与周围的束缚恒星相互作用，可能在10年左右的时标内触发多次潮汐闪耀。这种多次闪耀一旦探测到，将成为双黑洞存在的有力证据。此外双黑洞系统中的潮汐闪耀可能因为双黑洞对恒星碎片轨道的扰动而在爆发后一个双黑洞轨道周期内出现中断。这种潮汐闪耀中断现象可以帮助人们进一步证认双黑洞，并且研究双黑洞的轨道参数、演化状态等。<br> ●初步对比理论计算和巡天观测得到的近邻宇宙中的潮汐闪耀频率，我们发现在假设星系核心的恒星成球对称分布并且恒星弛豫过程由二体弛豫主导的情况下，大约～40％的近邻星系核心含有双黑洞。这些双黑洞大部分处在半径为～0.01-1 pc的轨道上，演化时标与今天的宇宙哈勃时标相当或比哈勃时标更长。如果星系核心恒星的分布非各向同性或者恒星的弛豫过程比二体弛豫更加有效，那么双黑洞的比例会更高。<br> 本篇论文的研究结果表明超大质量双黑洞的形成和演化将显著改变星系核心恒星被超大质量黑洞潮汐瓦解的频率。将来的暂现天体巡天计划（如LSS7和PanSTA等）预计可以发现上百个潮汐闪耀候选天体。通过研究这些潮汐闪耀发生的频率，可以更严格的限制宁静星系中双黑洞的比例、演化状态以及星系合并历史。 |
