高吸积率黑洞盘--冕系统的X射线辐射偏振研究
在活动星系核和X射线双星中X射线波段辐射经常很强，这些辐射一般认为是来自盘-冕系统。冕产生原初的带有高能截断的、幂律谱硬X射线辐射，吸积盘反射这些辐射并在光谱中产生许多现象，最典型的现象之一是Fe-Kα荧光发射线。在理论计算这些问题时，一般采用几何薄盘假设，但是这个假设在高吸积率时是不适用的。当吸积率增加时，盘会变厚，显著地影响反射辐射的性质。因为偏振是依赖于源的几何结构的，因此反射辐射的偏振性质可以用来区分不同厚度的盘。 在我们的工作中，我们在完全的广义相对论框架下，研究了高吸积率黑洞吸积系统的Fe-Kα荧光发射线的偏振性质，以及2-6keV波段X射线连续谱的偏振。我们选用了两种典型的厚盘模型。一种是slim盘(细盘)，它可以用来表示真实的高吸积率盘。另一种是有不变的相对高度的玩具盘，它在理论分析中有简洁的优势。我们选用了三种反射模型，它们分别是发射模型、单次散射反射模型、多次散射反射模型。这些反射模型都是利用了在半无限大大气中的弹性散射的结果。我们使用冕的路灯模型。路灯模型假设冕是一个光学薄的高温点源，这个源坐落在黑洞的对称轴上。 我们利用发射模型计算了Fe-Kα荧光发射线的偏振性质。我们发现，Fe-Kα荧光线会在蓝端流量峰附近处有一个偏振峰，峰值处偏振度会比周边频率的高数倍至数十倍。理论分析指出这个现象只强烈地依赖吸积盘的几何结构，强度与厚度正相关，可以用来区分厚吸积盘和薄吸积盘。计算结果还显示蓝端流量峰可能会在盘厚度升高时消失，但这个时候偏振峰仍然存在。Fe-Kα荧光线的红翼会随盘厚度进行复杂的变化。 我们利用单次散射反射模型和多次散射反射模型计算了2-6keV波段连续谱的偏振。结果表明观测者在低倾角时这个波段的偏振度总体随盘厚度的增长会先降低后升高，但是相对论效应和遮蔽效应都会破坏这一点，所以高倾角时经常不满足这个关系。计算结果还表明对高倾角观测者盘足够厚时冕会变得对观测者不可见，导致总流量下降最多达到90％以上，总偏振度最多提高数十倍，所以它可以用来区分不同的盘厚度。偏振结果中存在明显的不连续性和波动，理论分析表明这是由光子的不稳定圆轨道的性质导致的。
高吸积率黑洞盘-冕系统;X射线辐射;偏振性质;光子圆轨道
中国科学技术大学
博士
天文学
袁业飞
2020
中文
P145.8
2021-09-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）