[论文解读] Black Hole Energy Release to the Gaseous Universe

T. A. Enßlin, Yiping Wang+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 10, 1998

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 3被引用 4

一句话总结

本文估算星系和星系团中黑洞形成期间释放的能量，表明其与星系际介质及宇宙气体的热能含量相当。利用普遍的黑洞与星族体质量比，研究发现黑洞能量释放可能显著影响大尺度结构的动力学，挑战了当前忽略这一反馈机制的模拟。

ABSTRACT

We estimate the energy release of black hole formation to the intra-cluster medium of the Coma cluster and find that this is comparable to the present day energy content. Therefore an energetic and maybe hydrostatic influence is possible. Our calculations rely on the assumption of an universal black hole to galaxy mass ratio (more exactly: spheroidal mass component of the stellar population), for which there is growing evidence. On a cosmological scale, there is also an energy release of black hole formation comparable to what is expected to be present within the thermal gas, caused by the process of structure formation. This indicates an important dynamical influence, neglected by present day structure formation simulations. This estimate of cosmological black hole energy release is independent of the black hole to galaxy mass ratio, but consistent with its value.

研究动机与目标

• 评估室女座星系团星系际介质中黑洞形成过程的总能量输出。
• 评估在结构形成过程中黑洞形成对宇宙能量预算的贡献。
• 探究黑洞能量释放是否可能在大尺度结构演化中发挥动力学上显著的作用。
• 检验黑洞能量估算与观测到的热气体能量含量之间的一致性。
• 确定黑洞形成反馈是否是当前宇宙学模拟中被忽视但至关重要的因素。

提出的方法

• 作者采用普遍的黑洞与星族体恒星质量比，该比例得到日益增长的观测证据支持。
• 通过假设 E = M_bh c²，利用黑洞的静质量能量计算黑洞形成期间释放的总能量。
• 通过将黑洞质量与星系团中星族体质量组分进行比例缩放，估算室女座星系团中的能量释放。
• 在宇宙学尺度上，通过积分宇宙结构形成历史和黑洞质量函数，计算黑洞形成释放的能量。
• 将结果与基于宇宙气体密度和温度估算的宇宙气体热能含量进行比较。
• 该分析不依赖于黑洞与星系质量比的确切数值，仅依赖于该比例与观测值的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 室女座星系团星系际介质中黑洞形成释放的总能量是多少？
• RQ2 黑洞形成释放的能量与宇宙气态介质的热能含量相比如何？
• RQ3 黑洞能量释放是否可能显著影响星系际介质的流体静力平衡？
• RQ4 黑洞反馈是否是宇宙学结构形成模拟中动力学上相关的过程？
• RQ5 黑洞形成贡献的宇宙学能量预算是否与大尺度气态结构中观测到的热能一致？

主要发现

• 室女座星系团中黑洞形成释放的能量与当前星系际介质的热能含量相当。
• 在宇宙学尺度上，黑洞形成释放的总能量与结构形成过程中形成的宇宙气态介质热能相当。
• 该能量释放表明其可能对星系团及大尺度结构动力学产生显著的流体静力影响。
• 该估算不依赖于黑洞与星系质量比的确切数值，但与该比例的观测约束一致。
• 研究结果表明，黑洞反馈是当前宇宙学结构形成模拟中被忽视但可能至关重要的因素。
• 结果表明，黑洞能量释放可能在调节宇宙气态介质热力学状态中发挥关键作用。