三个特殊活动星系核的观测研究
特殊天体的发现可能有重要的提示意义和重要的研究价值，因为一些普适的、本质的规律有可能在特殊类型天体中反映得更充分，并且特殊类型天体也可以用于检验规律的适用范围。最近几十年，活动星系核(AGN)和其中央引擎超大质量黑洞(SMBH)的研究有极大的进展，然而还有一些问题没有搞清楚。本文将从三个特殊的AGN的研究出发，讨论与SMBH吸积盘的热辐射、反冲的SMBH以及AGN的核区、星际乃至星系际环境气体物理性质和起源。 第一个问题是SMBH吸积盘的热辐射。吸积盘的标准模型预言了黑洞吸积盘的热辐射谱。吸积盘的热辐射已经在恒星级黑洞双星的X射线(X-ray)观测中得到了证实，然而对于AGN中的SMBH吸积盘，观测证据还不充分。一般认为AGN的X-ray辐射主要来自于吸积盘之上的冕区而不是直接来自吸积盘。不过，对于质量稍小的中等质量黑洞，情况有可能不同。本文详细研究的第一个特殊AGN，RXJ1301.9+2747是一个塞弗特星系，我们根据光学光谱估计其中心黑洞质量约为8×105太阳质量。其X-ray光谱非常软，谱指数达到了7，远高于一般的AGN的接近2。我们发现其X-ray光谱可以由一个黑体辐射主导的模型描述，模型中的的黑体温度为30到40eV，和吸积盘模型预测值吻合。另一方面，RXJ1301.9+2747的X-ray光变曲线显示其会出现爆发态，持续时标1到2千秒，在爆发态流量会上升5到7倍，并且X-ray辐射会变硬。这种爆发态在约20ks的时标上重复出现，并且在间隔9年的XMM和Chandra观测中都出现了这种现象。这种光变现象非常罕见且有趣，原因尚不明确，值得后续研究。 第二个问题是搜寻和研究反冲的SMBH。一般认为星系的并合会伴随着SMBH的并合，并合后的SMBH可能因为不对称的引力波辐射而获得反冲速度。数值相对论模拟发现这种反冲速度可能达到几千kms-1，使合并后的SMBH脱离星系中心。目前，还没有明确的反冲SMBH存在证据。我们找到了一个候选者类星体SBS1421+511，其Balmer宽发射线呈现了向蓝端倾斜的轮廓。我们发现其宽发射线可以用一个相对窄发射线有1400kms-1整体蓝移速度的圆盘辐射模型很好的拟合。这个蓝移速度可以解释成反冲速度，也可以解释成双黑洞的绕转速度，不过后一种解释和宽发射线轮廓在十五年的三次监测中速度几乎不变的观测事实矛盾。宽发射线轮廓还存在一些其他可能，需要进一步观测来排除。 第三个问题是用吸收线研究AGN环境中的介质。类星体LBQS1206+1052具有两套吸收线，分别相对窄线蓝移700kms-1和1400kms-1。两套系统都具有MgⅡ和HeⅠ*吸收线，而第一套中出现了非常罕见的Balmer吸收线。Balmer吸收线一般示踪高密度介质，所以第一套吸收线对应的吸收气体也很可能具有较高的密度。我们对类星体的光谱监测显示两套吸收线都存在吸收强度的变化。我们用了一个简化模型——吸收气体的电离状态发生了变化并且其他所有物理参数不变——再现了所有的观测数据，并且模型推算的电离参数变化和光变曲线显示的连续谱变化一致。此外，吸收体移动的模型不能解释所有观测数据。因此我们认为LBQS1206+1052中的吸收线变化是光致电离驱动的。模型显示蓝移700kms-1的吸收气体密度为109到1010cm-3，到中央黑洞的距离约为1pc。这个研究对两个方向的研究有重要提示意义，一是可以对一个HeⅠ*吸收线样本进行光谱和测光监测，解决吸收线光变是电离状态变化还是吸收体移动导致这个问题;二是可以对Balmer吸收线样本进行监测，这有助于确定吸收体的位置和物理参数，进而可以系统性的研究AGN环境中高密度介质的分布。
活动星系核;星系物理;超大质量黑洞;吸积盘;塞弗特星系;光变曲线
中国科学技术大学
博士
天文学
周宏岩;舒新文;王慧元
2017
中文
P157
111
2017-08-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）