黑洞动力学表明,暗物质会在超大质量黑洞附近重新分布以形成密度尖峰。然而,此前尚未发现超大质量黑洞周围存在暗物质密度尖峰的直接证据。在本文中,我们提出了首个稳健的证据,证明超大质量黑洞周围存在暗物质密度尖峰。我们重新审视了著名的超大质量黑洞双星OJ 287的数据,并表明,将超大质量黑洞周围暗物质密度尖峰引起的动态摩擦纳入考虑,可以令人满意地解释观测到的轨道衰减率。推导出的尖峰指数 $γ_{\ m sp}=2.351^{+0.03}_{-0.045}$ 与基准模型(假设超大质量黑洞绝热增长)预测的值 $γ_{\ m sp}=2.333$ 高度吻合。这为二十年前提出的、对无碰撞暗物质与超大质量黑洞之间引力相互作用进行建模的经典理论提供了强有力的验证。
英文摘要:
Black hole dynamics suggests that dark matter would re-distribute near a supermassive black hole to form a density spike. However, no direct evidence of dark matter density spike around a supermassive black hole has been identified. In this letter, we present the first robust evidence showing a dark matter density spike around a supermassive black hole. We revisit the data of the well-known supermassive black hole binary OJ 287 and show that the inclusion of the dynamical friction due to a dark matter density spike around the supermassive black hole can satisfactorily account for the observed orbital decay rate. The derived spike index $γ_{\rm sp}=2.351^{+0.032}_{-0.045}$ gives an excellent agreement with the value $γ_{\rm sp}=2.333$ predicted by the benchmark model assuming an adiabatically growing supermassive black hole. This provides a strong verification of the canonical theory suggested two decades ago modeling the gravitational interaction between collisionless dark matter and supermassive black holes.
Plato's view on supermassive black hole binaries: Exploring the faint limit of ESA's Plato space mission
Isaac Newton Group of Telescopes(牛顿望远镜小组);Institute of Astronomy, KU Leuven(鲁汶大学天文学研究所);Institute of Science and Technology Austria (ISTA)(奥地利科学与技术研究所);Department of Astronomy, Columbia University(哥伦比亚大学天文学系);Department of Physics, Columbia University(哥伦比亚大学物理学系);Space Telescope Science Institute(太空望远镜科学研究所);Department of Physics and Astronomy, Johns Hopkins University(约翰斯·霍普金斯大学物理与天文系);Niels Bohr International Academy, Niels Bohr Institute(尼尔斯·玻尔国际学院,尼尔斯·玻尔研究所);Department of Astrophysics, IMAPP, Radboud University Nijmegen(奈梅亨拉德堡德大学IMAPP天体物理系);Max Planck Institute for Astronomy(马克斯·普朗克天文学研究所)
Ruling out thermal dark matter with a black hole induced spiky profile in the M87 galaxy
利用室女星系团中邻近的射电星系M87的光谱能量分布,并假设超大质量黑洞在暗物质晕轮廓中引起尖峰,我们排除了任何具有速度无关(s波)湮灭截面为σ v ~ 10^{-26} cm ^3/s量级且质量高达O(100)TeV的暗物质候选者。这些限制取代了所有以前的限制热,s-波,湮灭暗物质候选人的数量级,并排除了整个规范的质量范围。我们还注意到,在尖峰假设下,质量为几TeV、湮灭截面为~ 10^{-27} cm ^3/s的暗物质粒子可以解释在M87中观测到的TeV伽马射线发射。一个中央暗物质尖峰在M87中心的超大质量黑洞周围可能存在,对于各种各样的,虽然不是全部,形成场景,并将对我们理解暗物质微观物理学产生深远的影响。
Population search for dark matter spikes in megamaser rotation curves
Kavli Institute for Astrophysics and Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院卡弗里天体物理研究所与物理系);Harvard Laboratory for Particle Physics and Cosmology and Department of Physics, Harvard University(哈佛大学粒子物理与宇宙学实验室与物理系)
The Search for Binary Supermassive Black Holes Amongst Quasars with Offset Broad Lines Using the Very Long Baseline Array
在之前的几项研究中,发现了类星体,它们相对于宿主星系静止框架具有大于1000 km/s的速度偏移。对于这些速度偏移宽线的起源,一个主要的假设是双超大质量黑洞(SMBH)的动力学。我们提出了34个类星体的高分辨率无线电成像,显示这些速度偏移宽线与甚长基线阵列(VLBA),旨在寻找证据的推定二进制SMBH(如双无线电核心),并测试竞争的物理模型。在实现5的检测限后,我们从VLBA成像中检测到了目标样品的一半。虽然我们没有解析任何目标中的双射电源,但在假设二元体仍然存在于我们的VLBA角分辨率限制内的情况下,我们获得了所有检测到的源的无线电发射二元体的瞬时投影分离的限制。我们还评估了无线电发射的同伴SMBH存在于我们的角分辨率限制之外的可能性,但它的无线电光度太弱,无法在VLBA数据中产生可检测的信号。此外,我们将这些数据提供的精确天空位置与SDSS和Gaia DR 2源目录的光学位置进行了比较。我们发现,预计无线电/光学分离的顺序为10 pc的三个类星体。最后,我们将探讨未来的多波长运动与光学,无线电和X射线天文台可以帮助进一步区分竞争的物理模型。
Novel method to trace the dark matter density profile around supermassive black holes with AGN reverberation mapping
Virginia Tech(弗吉尼亚理工大学);Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院);Harvard University(哈佛大学);Institute of Science Tokyo(东京科学大学);The University of Tokyo(东京大学)