摘要: 大质量黑洞普遍存在于星系中心，由质量（M.）和自旋两个参量就可以完全描述。对近邻星系的观测发现大质量黑洞的质量与寄主星系的性质（如速度弥散σ、恒星质量M*，sph等）有紧致的关系，这表明黑洞与寄主星系是共同演化的。对这些关系的宇宙学演化的... 展开 大质量黑洞普遍存在于星系中心，由质量（M.）和自旋两个参量就可以完全描述。对近邻星系的观测发现大质量黑洞的质量与寄主星系的性质（如速度弥散σ、恒星质量M*，sph等）有紧致的关系，这表明黑洞与寄主星系是共同演化的。对这些关系的宇宙学演化的研究有助于揭示这些关系的起源。对黑洞与活动星系核的统计研究表明大质量黑洞主要通过吸积气体成长。而黑洞的吸积也是导致黑洞自旋演化的主要因素。因此，黑洞的质量和自旋分布包含黑洞的吸积历史、形成演化等重要信息。辐射效率是指黑洞在吸积过程中质量转化为能量的百分比。在标准吸积盘模型中，辐射效率直接由黑洞的自旋决定。因此，从AGNs/QSOs的辐射效率也可以获得有关黑洞自旋的信息。本论文主要研究AGNs/QSOs中心大质量黑洞的自旋和辐射效率，主要包括以下四个方面。 研究了M.-M*，sph/σ关系的宇宙学演化。一方面，结合M.-M*，sph/σ关系与M*，sph/σ的分布函数可以得到黑洞的质量密度;另一方面，给定平均辐射效率ε，从AGNs/QSOs的光度函数也可以得到由AGNs/QSOs吸积得到的黑洞质量密度。假设M.-M*，sph和M.-σ关系的演化遵循简单的幂律关系，如M.∝(1+z)Γ。根据上述两种方法计算得到的黑洞质量密度应该一致，由此可以对参数Γ以及ε作出限制。发现，在z(≤)1.2处，M.-M*,sph随红移有正的演化:Γ=0.64+0.27-0.29;而在z(≤)1.5处，M.σ关系随红移不演化或有较弱的负演化:Γ=0.21+0.28-0.33。我们的结果表明黑洞的成长先于星系核球的成长。同时得到对平均辐射效率的限制为ε=0.11+0.04-0.03。 研究了AGNs/QSOs的平均辐射效率。利用文献中的多种M.-σ/M*，sph关系、σ/M*，sph的分布函数以及AGNs/QSOs的X射线光度函数的估计，获得了近邻宇宙中大质量黑洞的质量密度和AGNs/QSOs辐射的总能量密度的多个估计值。根据So(l)tan立论，利用这些估计值，进一步得到了数百个AGNs/QSOs平均辐射效率的估计值。假设这些估计值相互独立并且没有系统偏差，利用中值统计得到平均辐射效率为ε=0.105+0.006-0.008。考虑高达20％的康普顿厚的AGNs/QSOs，真实平均辐射效率的值可能为～0.12。 定量地研究了吸积潮汐瓦解恒星对大质量黑洞自旋演化的影响。考虑黑洞通过两种方式获得质量:一是吸积潮汐瓦解恒星;二是包含多个吸积片段的、对气体的混沌吸积。发现吸积潮汐瓦解恒星对～106M⊙黑洞的自旋分布有重要的、甚至是决定性的影响。这种影响的大小取决于潮汐瓦解恒星对黑洞质量增长的贡献比例(fTDE)。若fTDE～0.9，则大多数～106M⊙黑洞有低自旋;若fTDE～0.1，则它们中的大多数有高自旋;若fTDE介于二者之间，或在0与1之间随机分布，则它们的自旋在0与1之间广泛分布。 利用一个有自旋测量的AGN样本限制了黑洞的吸积历史，其中这些自旋测量主要基于Fe Kα线的轮廓。通过构建一个两相吸积模型:开始是连续的相干吸积，后来是混沌的薄盘吸积，计算了大量黑洞的自旋演化，并从中挑选模拟样本。这些样本与观测的AGN样本具有相同的质量与光度性质。运用K-S检验比较观测样本与模拟样本的自旋分布，并由此限制黑洞的吸积模型。发现，要想拟合观测的黑洞自旋分布，混沌吸积是必不可少的，且每个吸积片段的云块质量基本位于一个狭小的范围内，如质量为黑洞质量的百分之几。 收起