银河系中心大质量黑洞周围的年轻恒星的动力学及其形成机制的研究

银河系中心为人们研究星系中心大质量黑洞周围恒星动力学及结构提供了一个独一无二的实验室。近年来对处于银河系核区的年轻恒星运动学参数的准确测量证实了银河中心存在一大质量黑洞。中心黑洞周围的年轻恒星的轨道呈现多种运动学结构分布(包括处于0.04-0.5pc的盘状系统和处于0.04pc之内的S-star cluster)。这些结构的起源和演化很可能和中心黑洞与其周围恒星系统的动力学相互作用有关。此外, 由恒星与中心黑洞相互作用而发射的超高速恒星也可能与现在处于黑洞附近的年轻恒星相关联。在本申请书中， 我们计划通过数值模拟和解析相结合的方法来研究银河中心黑洞与其周围年轻恒星的动力学相互作用，并且通过这些细致的研究来探索位于中心的年轻恒星盘、S-stars和超高速恒星等的起源，以期阐释银河中心黑洞和其周围的恒星系统结构的形成及演化。

我们按计划研究了银河中心大质量黑洞周围的恒星动力学，特别是双星系统在黑洞附近的潮汐瓦解和利用银心的恒星轨道来测量黑洞的度规和检验引力理论。我们发现观测到的超高速恒星大部分分布在与银河中心的顺时针旋转的年轻恒星盘一致的平面上，这就证实了超高速恒星应该是源于银河中心的年轻恒星盘上双恒星系统与中心黑洞的动力学相互作用。我们的理论计算发现这种起源也与它们的速度分布一致。我们还发现银心S-star的轨道分布与双星的潮汐瓦解俘获相一致，我们预言了可能存在的离银心最近的较小质量的恒星的轨道半长径的概率分布，其与最新的观测相适应。我们也采用椭圆限制性三体问题研究了双星潮汐瓦解的动力学，估计了银心黑洞附近存在脉冲星的概率。另外，我们还在SDSS的恒星观测样本中找到了13个贫金属的超高速星侯选体。我们也建立了一个有关双活动星系核的维像模型并解释了观测发现的较小的双活动星系核发生频度；提出了同时利用类星体的视向和垂向近邻效应来限制类星体的内秉性质，发现类星体的寿命因该不短于千万年；利用观测给出的较高红移处的星系质量函数和活动星系核的光度函数对黑洞质量与星系核球质量关系的宇宙学演化作出了有力限制；利用由SDSS给出的亮红星系的光谱得出的年龄——红移关系估计哈勃常数，给出了一独立与其它方法的对哈勃常数的较准确测量。研究结果共计已发表论文8篇，还有多篇已投稿和正在准备中的论文。