黑洞吸积率与喷流能量相关性讨论

喷流的形成与黑洞吸积向来密不可分。分析黑洞吸积率与其喷流能量的相关性对研究黑洞内部结构以及喷流形成的具体原因具有重要的意义。从文献资料中收集了24个数据源,这些源包含了13个射电选BLLac天体(RBL)和11个平谱射电类星体(FSRQs)。通过样本数据研究黑洞吸积率与喷流能量以及γ射线流量密度的相关性。研究结果表明:(1)24个活动类星体的吸积率与喷流能量存在明显的相关性,这与Allen等得出的结论相同;(2)射电选BLLac天体与平谱射电类星体的喷流能量分布存在一定差异;(3)射电选BLLac天体的吸积率与γ射线流量密度相关性并不明显,但平谱射电类星体的吸积率与γ射线流量密度之间具有一定的相关性;(4)研究结果进一步证明了喷流能量不仅与黑洞质量有关,同时也很可能与黑洞的吸积存在关系。黑洞喷流的形成很可能是黑洞质量与吸积共同作用的结果。这些研究结果与其他方法获得的结果是一致的。     

AGN吸积盘辐射区半径的多方法研究

通过收集数据,用标准α盘模型法、短时标光变法、连续波混响滞后法、微引力透镜法分析了活动星系核吸积盘辐射区半径,并对4种方法进行分析讨论。结果表明:(1)将耀变体和类星体参数比较,发现两个子类的中心黑洞质量、光度和吸积盘辐射区半径都没有明显差别。选择高光度源进行研究,出现了两个子类以上参数无明显区别的情况;(2)短时标光变法得到的吸积盘辐射区半径比和黑洞质量没有明显的相关性;(3)连续波混响滞后法得到的吸积盘辐射区半径比对黑洞质量的依赖性高于标准α盘模型法,对于无法确定中心黑洞质量的源,可以利用连续波混响滞后法得到吸积盘辐射区半径;(4)微引力透镜法得到的吸积盘辐射区半径比和黑洞质量没有明显的相关性,且该方法只适用于存在微引力透镜效应的类星体;(5)这些方法从观测上证明了吸积盘辐射区半径与黑洞质量存在相关性,验证了标准模型成立。为进一步在观测上寻找这4种方法所需要的源提供了理论指导,对活动星系核的吸积盘辐射区半径研究有重要意义。     

双黑洞并合与黑洞逆向吸积

黑洞是广义相对论理论预言的天体,也是很多天文现象,如类星体、活动星系核、喷流、吸积盘的中心引擎。根据广义相对论,宇宙中的黑洞可以由质量和自旋两个参数来描述。对比黑洞质量的测定,自旋的测量较为困难。但自旋的方向与很多天文现象密切相关。如果黑洞自旋方向与吸积盘的转动方向一致,将形成正向吸积的天文现象;反之,如果黑洞自旋的与吸积盘的转动方向相反,将形成逆向吸积的天文现象。利用宽线区尺度与光学光度之间的关系,最近的研究发现了逆向吸积盘的可能候选体。利用双黑洞并合的物理图像提出了一种逆向吸积盘的物理形成机制,并定量计算了相关的逆向吸积盘形成率。发现了超大质量双黑洞系统的质量比分布与类星体逆向吸积盘的形成率之间存在定量关系,该定量关系可以通过未来的空间引力波探测以及逆向吸积盘的探测进行检验。     

大质量黑洞吸积盘的径向自引力

本文研究了大质量黑洞吸积盘的自引力,用薄盘位形上积分的方法计算了吸积盘自引力的径向与垂向分量,着重讨论了径向自引力。主要结果为:对于大质量黑洞(M～10~8—10~(10)M_⊙)吸积盘,在(R/R_g)～10~5—10~4的距离上,径向自引力会超过中心天体引力。在这个距离上,吸积盘的动力学结构完全不同于开普勒盘。提出了径向自引力不稳定扰动作为一种能源机制。本文还得到吸积盘自引力与中心天体引力量级比较的两个判据,并由此得到大质量黑洞吸积盘外半径的近似解析估计。本文结果可用于类星体和星系核吸积盘。     

费米耀变体的伽马辐射与发射线辐射的相关分析（英文）

在活动星系核的标准模型中,中心有一个超大质量黑洞,黑洞周围是一个吸积盘,喷流处在垂直于吸积盘的平面上。理论研究表明,喷流和吸积盘之间存在一定的联系,许多学者利用射电(或伽马)辐射与发射线辐射之间的相关性研究这种关系。然而,耀变体的射电或伽马辐射具有强烈的成束效应,使得在讨论喷流-吸积盘的联系时,应该考虑成束效应。收集了202个FERMI/LAT耀变体的宽发射线数据研究喷流与吸积的关系。202个源中,66个具有多普勒因子。对整个样本和平谱射电类星体与蝎虎座BL型天体2个子样本,分别研究了去除红移影响和成束放大效应时,伽马射线与宽发射线以及射电波段与宽发射线的相关关系,得到整个样本202个源的伽马射线与宽发射线以及射电波段与宽发射线之间存在强的正相关,而且这种相关性在去除红移效应之后仍然存在。对于66个有多普勒因子的源,在去除多普勒因子的影响之后,伽马射线与宽发射线以及射电波段与宽发射线之间仍然存在正相关。分析结果表明:(1)整个样本和各个子类的伽马射线与宽发射线之间都存在强相关。这些相关性在红移效应去除后仍然存在,并且证实了文献中他们所研究的结果。(2)对于66个有多普勒因子的耀变体,宽发射线与多普勒因子之间存在强的相关性,伽马射线与宽发射线在去除多普勒因子的影响之后存在相关性。在射电和宽发射线之间也得到了类似的结果。(3)吸积过程与喷流之间存在强关联性。     

径移主导吸积盘的含时数值模拟

黑洞吸积被认为是活动星系核的能量来源,而研究黑洞吸积最主要的难题是要解释吸积气体的角动量是如何转移出去的.黑洞吸积盘理论提出通过粘滞力矩转移角动量.径移主导吸积盘模型(advection-dominated accretion flow,简称ADAF)是几何厚、光学薄的低吸积率吸积盘模型,它在解释低光度活动星系核的一些观测现象时获得了很大的成功.近年来,随着计算机技术的迅猛发展,数值模拟在天体物理研究中获得了广泛的应用,也取得了突破性的进展.主要工作是用数值模拟方法研究ADAF整体解作为初始条件模拟黑洞的吸积过程.     

星系中心超大质量黑洞的自转

自转作为描述黑洞天体物理性质的两个基本参数之一,其研究正方兴未艾.本文以星系中心超大质量黑洞(SMBH)的自转为研究主题,阐述自转的确定、宇宙学演化及其对黑洞吸积历史的限制.SMBH附近的加速机制使粒子产生甚高能量的辐射,对这些辐射的观测可以给出中心黑洞的信息.基于此,我们提出了利用TeV光变限制黑洞自转参数的方法.基本原理是:TeV光变给出了辐射区域最大尺度的限制,吸积盘辐射场通过对TeV光子的吸收光深给出了辐射区域最小尺度的限制.由于吸积盘辐射场与黑洞自转直接相关,从而结合TeV光变可以限制黑洞自转.对于给定的光度,快     

NDAF的中微子湮灭模型解释GRB 090510爆发

围绕着恒星级黑洞的中微子主导吸积盘可以通过盘上发出的中微子湮灭为伽玛暴提供能量。对于黑洞超吸积系统,吸积可能引起黑洞特征的极大演化,这会进一步引起中微子光度的演化。考虑不一样的平均吸积率和初始黑洞参数,通过吸积系统的演化分析中微子湮灭光度和总的中微子湮灭能量随时间的变化。同时计算了短暴GRB 090510的中微子湮灭能量并与理论预测的结果比对,发现中微子主导吸积盘的中微子湮灭能量的理论预测值远高于观测值,意味着这种模型可能提供GRB 090510爆发所需要的能量。     

耀变体亮温度与黑洞喷流能量的相关性讨论

耀变体(Blazars)的亮温度与黑洞喷流能量和吸积率有重要关系。搜集了53个耀变体源样本,包括22个蝎虎天体(BL Lacs)和31个平谱射电类星体(Flat Spectrum Radio Quasars,FSRQs),研究了耀变体亮温度与黑洞喷流能量的分布,并对子类中亮温度与黑洞喷流能量的相关性进行了讨论。研究结果表明:(1)蝎虎天体与平谱射电类星体的亮温度与黑洞喷流能量的分布存在明显差异,这可能与蝎虎天体与平谱射电类星体的内禀性质有关,也可能与其有无发射线及发射线的强弱有关;(2)蝎虎天体的亮温度与黑洞喷流能量之间的相关性较强,亮温度可以在一定程度上描述蝎虎天体的黑洞喷流能量,亮温度大的蝎虎天体喷流携带的能量也较大;(3)平谱射电类星体的亮温度与黑洞喷流能量之间有弱相关性,平谱射电类星体的亮温度不能清楚地描述黑洞喷流能量,黑洞喷流能量受亮温度影响较小,平谱射电类星体的黑洞喷流能量可能受到其他因素的影响;(4)耀变体的亮温度与黑洞吸积率之间有弱的相关性。     

黑洞X射线双星的类氢类氦铁K_α发射线

用径移主导吸积流模型(ADAF)不仅可以成功解释很多低吸积率天体的连续谱辐射,也可以说明X射线波段的谱线发射,而后者目前尚少有讨论.以黑洞X射线双星GX339-4处在低吸积率的宁静态情况为例,计算了它的铁线发射,表明在ADAF情况下的确可以产生足够强的可以在观测上检测的类氢和类氦铁Kα线.     

射电类星体黑洞质量和射电特性的研究

收集了117个类星体(20个射电宁静类星体和97个射电噪类星体)的红移、热光度、H_β发射线宽度、5 100 A的单色光度、射电噪度.利用反响映射法计算了样本的黑洞质量和爱丁顿比,利用总的5 GHz流量密度计算出射电光度.分析了它们之间的相关性,得到的结论如下:(1)射电宁静类星体的黑洞质量和热光度、射电噪度、射电光度之间具有弱相关性,而射电噪类星体黑洞质量和热光度、射电噪度、射电光度之间具有强相关性;(2)射电宁静类星体热光度和射电光度、5 100 A的单色光度之间具有弱的相关性,而射电噪类星体热光度和射电光度、5 100 A的单色光度之间具有强的相关性;(3)射电宁静和射电噪类星体的黑洞质量、发射线宽度和爱丁顿比分布有差异.基于这些结果得到:射电宁静和射电噪类星体发射线宽度的差异可能是导致它们黑洞质量不同的原因;射电宁静和射电噪类星体本质的不同是由于内秉物理性质的不同造成的;黑洞质量、黑洞自旋、爱丁顿比和寄主星系形态是解释射电噪度起源和双峰状分布的重要参量;射电喷流和盘的吸积率之间具有紧密的关系.     

黑洞X射线双星的类氢类氦铁Kα发射线

用径移主导吸积流模型（ADAF）不仅可以成功解释很多低吸积率天体的连续谱辐射，也可以说明X射线波段的谱线发射，而后者目前尚少有讨论。以黑洞X射线双星GX339－4处在低吸积率的宁静态情况为例，计算了它的铁线发射，表明在ADAF情况下的确可以产生足够强的可以在观测上检测的类氢和类氦铁Kα线。     

黑洞X射线双星的类氢类氦铁Kа发射线

用径移主导吸积流模型(ADAF)不仅可以成功解释很多低吸积率天体的连续谱辐射,也可以说明X射线波段的谱线发射,而后者目前尚少有讨论.以黑洞X射线双星GX339-4处在低吸积率的宁静态情况为例,计算了它的铁线发射,表明在ADAF情况下的确可以产生足够强的可以在观测上检测的类氢和类氦铁Kа线.     

黑洞吸积理论及其天体物理学应用的近期发展(Ⅱ)

黑洞吸积理论是天体物理学的一个基础理论,是认识许多高能天体系统如活动星系核、黑洞X射线双星,以及伽马暴等的重要物理基础.该文评述近年来黑洞吸积理论尤其是径移主导吸积流模型(advection-dominated accretion flow)及其变种的主要发展,并介绍该理论在银河系中心、低光度活动星系核、黑洞X射线双星等方面的应用.共分为两篇,该文是第2篇,内容是关于黑洞热吸积流理论在低光度活动星系核以及黑洞X射线双星方面的应用.     

黑洞热吸积流的理论研究

<正>活动星系核(AGN)、低光度活动星系核(LLAGN)以及X射线双星(XRB)系统中都存在黑洞吸积过程.黑洞吸积是人们理解相关天体的辐射、光变等现象的关键.本学位论文主要侧重于对目前非常流行的热吸积流(径移主导吸积流ADAF以及明亮热吸积流LHAF)的研究.该类吸积流是理解LLAGN以及处于硬态的XRB的基本理论模型.论文第1章详细介绍了相关的背景.首先讨论了天体环境中的黑洞及其所处的系统—AGN、     

射电类星体B3 1637+436A双峰轮廓宽发射线的光变研究

通过对比间隔17yr (静止系12.5yr)的Sloan Digital Sky Survey (SDSS)、Keck LRIS (Low-Resolution Imaging Spectrograph)和Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS)的光学光谱, 对宽线双峰射电类星体B3 1637+436A的吸积盘性质做了初步研究.该类星体的SDSS (2001年5月21日)和Keck LRIS (2003年6月28\lk 日)的连续谱没有明显差异, 而BOSS (2018月6月17日)连续谱在V波段比SDSS暗了约1.2星等.这3条光谱的Hα宽发射线均表现出明显的双峰轮廓. 和连续谱一样, 宽线双峰的发射线轮廓也被认为是来自于吸积盘.通过上述3条光谱的Hα宽线双峰的盘模型拟合发现: BOSS光谱的Hα宽线双峰可以用单个盘模型很好地拟合,谱线发射区距离中心黑洞约900--3000引力半径. 而SDSS和Keck LRIS的Hα双峰轮廓需要用两个盘模型拟合, 对应的吸积盘发射区有两个区域,其中一个发射区(``外盘'')与BOSS类似, 另一个发射区(``内盘'')位于约400--900引力半径范围内, 到中心黑洞的距离显著小于外盘. 结合连续谱的光变特征,推测内盘消失是造成SDSS/Keck LRIS光谱和BOSS光谱在连续谱和发射线轮廓上同时发生光变的主要原因.     

活动星系核初探

观测表明,在IE0317+186、Mark421、ON+231、BL Lae等四个BL Lae天体中,都具有大振幅、短时标的激烈光变。在本文中,我们论证了如果把这种现象解释为中心黑洞的吸积盘不稳定性,那么,利用光度时标、光变曲线的最大值及最小值就可以估计出其中心致密天体的质量及辐射区域的大小。     

窄线赛弗特Ⅰ型星系中可能具有吸积盘热辐射起源的软X射线超

理论上,低质量高吸积率活动星系核的标准吸积盘黑体热辐射有可能形成软X射线波段的超出。然而,活动星系核的软X射线超温度为0.1 keV左右,显著高于标准吸积盘理论预言的最高有效温度。只有Yuan等人在2010年报道的RX J1633+4718是一个例外,其软超温度为32.5_-6.0^+8.0 eV,显著小于0.1 keV,并与吸积盘理论预言的温度相符;此外,其光度也符合吸积盘的理论预期。因此该软X射线超很可能起源于吸积盘的热辐射。这一类源对于吸积盘理论和软X射线超的研究都有重要意义。文中使用ROSATPSPC数据,在所有已知的窄线赛弗特Ⅰ型星系（Narrow Line SeyfertⅠgalaxies,NLSIs）中寻找类似于RX J1633+4718的源,即软X射线超可能起源于吸积盘热辐射的源。分析了150个源的245条光谱,其中58个源的90条光谱具有显著的软X射线超。样本中软X射线超温度分布的平均值T_soft为0.10keV,标准偏差为0.03 keV。除了RX J1633+4718外,只有3个源的软X射线超温度小于60 eV,而且温度接近吸积盘最高温度。这个结果表明,类似于RX J1633+4718的具有低温软X射线超的源很稀少。最后,在具有黑洞质量估计的26个源中,软超温度与黑洞质量M_BH、爱丁顿比L/LEdd及预期吸积盘最高温度T_max都没有明显的关联性,与前人的结果一致。     

黑洞吸积理论及其天体物理学应用的近期发展(Ⅰ)

黑洞吸积理论是天体物理学的一个基础理论,是认识许多高能天体系统,如活动星系核、黑洞X射线双星、伽马射线暴等的重要物理基础。该文评述了近年来黑洞吸积理论,尤其是径移主导吸积流(advection-dominated accretion flow,ADAF)模型及其变种的主要发展,并介绍该理论在银河系中心、低光度活动星系核、黑洞X射线双星等方面的应用。全文分为两篇,该文是第一篇,内容是关于黑洞的热吸积流理论及其在银河系中心的应用。     

Sgr A*的结构和变化:银河中心的超大质量黑洞

银河中心为我们提供了一个唯一的天体物理实验室来用以研究各式各样的天体物理过程。在文中 ,我们总结和归纳了关于SgrA 观测的最新结果 ,主要涉及源的结构和在流量密度方面的变化。SgrA 现象代表着在低光度活动星系核中围绕一个超大质量黑洞的低辐射率的吸积盘外流的典型例子。从SgrA 观测得到的许多天体物理中悬而未决的问题对现存的天体物理理论是一个挑战。对SgrA 的最新理论模型也作了综述。