[论文解读] Microlensing by the Cluster of Black Holes Around Sgr A

Julio Chanamé, Andrew Gould+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 28, 2001

Relativity and Gravitational Theory被引用 1

一句话总结

该论文提出，通过在Sgr A*附近由20,000个恒星级质量黑洞组成的星团引起的微引力透镜效应，可利用短暂的微引力透镜事件探测并表征个体黑洞，方法是观测微放大的恒星像的微透镜信号。当K(thr)=23时，在中等放大条件下，此类事件的年发生率为0.05次；但若能探测到高度放大的图像，事件率将显著提高，从而可从光变曲线和天体测量数据中明确测量黑洞的质量与速度。

ABSTRACT

We show that at any given time, the Galactocentric black hole Sgr A* is expected to be microlensing about 0.7 bulge stars if the threshold of detectability of the fainter image is K(thr)=21, and about 4.6 sources if K(thr)=23. The lensed images then provide a unique probe of the 20,000 stellar-mass black holes that are predicted to cluster within 0.7 pc of Sgr A*: if one of these black holes passes close to a microlensed image, it will give rise to a short (weeks long) microlensing event. We show that the mass and projected velocity of the black hole can both be measured unambiguously from such an event, if the lightcurve and the mean astrometric displacement can be measured. For K(thr)=23 and moderate magnifications by Sgr A*, these events are expected only at a rate of 0.05 per year, so deeper observations would be required to see an event within the next decade. However, if highly magnified images of a star were found, the rate of events by the stellar black holes would be much higher.

研究动机与目标

• 研究利用背景恒星的微引力透镜效应探测Sgr A*周围致密星团中恒星级质量黑洞的可行性。
• 确定单个黑洞经过微放大的银心恒星像附近时引起的微引力透镜事件的预期发生率。
• 评估是否可从事件的光变曲线和天体测量位移中无歧义地测量扰动黑洞的质量与速度。
• 评估在不同观测条件下（特别是K星等阈值变化时）此类事件的可探测性阈值。

提出的方法

• 基于可探测阈值K(thr)，建模Sgr A*作为主透镜时预期的微放大的银心恒星数量。
• 模拟星团中恒星级质量黑洞经过微放大的恒星主像附近时引发的次级微引力透镜事件。
• 利用光变曲线形状和平均天体测量位移推断扰动黑洞的质量与投影速度。
• 在不同假设下估算事件发生率，包括中等放大和更深层的K星等阈值（K(thr)=23）。
• 评估高放大对可观测次级事件发生率的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在K(thr)=21和K(thr)=23时，预期有多少颗微放大的银心恒星可被探测到？
• RQ2 星团中黑洞经过主像附近时，次级微引力透镜事件发生的频率如何？
• RQ3 若能同时测量光变曲线和平均天体测量位移，能否无歧义地测量扰动黑洞的质量与速度？
• RQ4 若能识别出高度放大的图像，此类事件的探测率将如何变化？

主要发现

• 在K(thr)=21时，预计约有0.7颗银心恒星在任何时刻被Sgr A*微引力透镜化。
• 在K(thr)=23时，预计约有4.6颗银心恒星被微引力透镜化，从而显著提升探测次级事件的可能性。
• 在K(thr)=23且中等放大条件下，星团中黑洞引起的次级微引力透镜事件年发生率仅为0.05次。
• 若能发现高度放大的图像，可观测的次级事件发生率将显著提高。
• 若能同时测量光变曲线和平均天体测量位移，则可无歧义地测量扰动黑洞的质量与投影速度。