面向空间基 VLBI 的超大质量黑洞二元体直接成像与轨道参数估计

直接观测次亚秒尺度、超大质量黑洞二元体（SMBHB）的轨道运动，将提供首个确凿证据证明此类系统的存在。由于广泛认为是引力波源，二元体预计作为银河合并的自然结果形成，确定驱动其演化的过程对于理解宇宙演化至关重要。本文评估了利用地面和空间基 VLBI 观测超大质量黑洞二元体并估计其轨道参数的前景。将 Black Hole Explorer（BHEX）作为主要案例研究。BHEX 通过实现前所未有的分辨率，将打开二元体参数空间的新范围， potentially 启用首次确定性检测 SMBHB。我们开发了一个基于后牛顿轨道传播的二元体模型，并对 BHEX 和地面天文望远镜阵列进行了模拟观测。提出一种基于贝叶斯动态嵌套抽样的轨道拟合方法，并在模拟的观测数据上针对一组示例二元体系统进行了验证。结果发现，对于 BHEX，二元体检测需要总 flux density 为 0.04 Jy，最小分离约为 ~2 μas，observable mass ratio 取决于总 flux。以三次年度观测，BHEX 可能将二元体的半长轴和偏心率的轨道周期 ≤10 年的系统约束在真实值上的 13% 内。对于周期 ≤23 年 的二元体，曲线轨迹可被可靠检测。也提供了如何在 BHEX 任务到来前识别候选源的建议方案。最后，我们对未来空间基 VLBI 系统的需求进行了约束，旨在对超大质量黑洞二元体进行统计显著性调查。