基于电子束离子阱的天体X射线和极紫外辐射研究进展

观测光谱是研究天体的基础资料,对这些光谱的理解主要依靠理论模型。由于各模型依赖于众多的基本原子参数,且不同的模型对同一特定对象有不同的理解,所以对这些模型进行实验校准十分重要。电子束离子阱(electron beam ion trap,简称EBIT)能够产生与天体环境类似的等离子体环境,因此基于电子束离子阱的实验室光谱测量极大地促进了对天体X射线和极紫外辐射的研究。主要对以下内容进行介绍:卫星观测光谱和理论数值计算的现状及所面临的问题;基于电子束离子阱的类氖铁(Fe XVII)3C/3D重要诊断谱线比的最新研究进展;近年来实验室电子束离子阱对X射线和极紫外辐射的测量进展。最后,对现有的实验室光谱研究工作予以简要的展望。     

实验室X射线天体物理

正在进行的实验室天体物理测量解决了X射线天文学的一些问题，这些实验产生了大量可靠的原子数据，它们既可用于电荷分布中电离与复合截面的计算，又可用于对X射线谱线形成的线表、激发截面及双电子复合系数的理解。另有一部分实验注重于解决天体观测的难题，以及验证现有的和寻找新的X射线谱线诊断。讨论了上述实验产生的数据类型，并展示了实验室测量如何为卫星（ASCA、EUVE、Chandra、XMM和ASTRO-E2）观测提供实验依据．     

BL Lac天体的γ射线和X射线辐射研究

收集了18个γ射线噪BL Lac天体的X射线流量密度和γ射线流量密度,以及X射线波段(1keV)和γ射线波段(＞100 MeV)的平均光谱指数,研究了它们之间的相关性.结果表明:1)X射线流量密度与γ射线流量密度在高态、低态和平均态均有较强的相关性.2)X射线波段和γ射线波段的平均光谱指数之间有较强的负相关性.3)X射线和γ射线波段的平均光谱指数与X射线和γ射线辐射流量密度在高态和平均态时均无显著的相关性.4)γ射线波段的平均光谱指数与X射线辐射流量密度的低态有较强的负相关性.X射线波段的平均光谱指数与γ射线波段的流量密度的低态之间也存在弱相关性.分析结果支持BL Lac天体的X射线和γ射线辐射可能来自同一相对论电子分布的同步辐射和同步自康普顿(SSC)辐射.     

基于Chandra的活动星系核观测

活动星系核（AGN）是宇宙中最奇特的天体之一。它是真正意义上的全波天体，其中X射线波段的发射功率占到全波段功率的50％左右。AGN的X射线辐射研究涉及天体物理中的最基本问题，例如能量产生、辐射机制和宇宙论等，而Chandra X射线卫星的高分辨率图像和光谱对这一研究有着重要作用。以Chandra卫星的部分观测结果为例，简要介绍了几类不同类型AGN的X射线辐射研究进展：（1）宽吸收线类星体APM08279＋5255（z=3．91）的X射线谱分析，以及高红移类星体的观测概况；（2）Seyfert星系NGC 4151延展X射线发射问题的解决，及NGC 1068X射线辐射与光学波段的高激发态发射线（[OⅢ]λ5007）有很强相关性的发现；（3）6个BLLac天体样本的X射线环境分析；（4）射电星系X射线喷流的观测等。     

类星体SDSS J0916+2921的类银河系2175 ?尘埃消光特征

光谱观测显示类星体SDSS J091613.60+292106.1 (简称J0916+2921,系统红移zem=1.1418±0.0018)中有特殊的2175?尘埃消光特征,其强度显著大于银河系平均强度.光谱同时探测到与尘埃成协的丰富气体吸收线,确定吸收线系统红移为zabs=1.1413±0.0002,和类星体红移一致.气态金属离子柱密度相对太阳丰度的比例为[Al/Zn]=-1.68±0.10,[Cr/Zn]=-0.49±0.10,[Fe/Zn]=-0.81±0.18.尘埃耗散作用显著,说明该系统中尘埃十分丰富,与观测的强尘埃消光特征吻合.类银河系的2175?尘埃消光特征在类星体光谱中多见于中间插入吸收线系统,至今未明确认证内禀吸收线系统出现该特征,类星体SDSS J0916+2921是目前仅有的数个候选者之一.该类星体X射线辐射相较一般类星体更强,后续可用作研究2175?尘埃在强高能射线照射条件下的形成与离解平衡,以揭示2175?尘埃的化学成分、物理性质和起源.     

哈雷彗星1986年光谱的谱线证认

1986年3—4月间,哈雷彗星的日心距为1和1.5 A.U.附近。我们使用云南天文台1米RCC望远镜和卡焦摄谱仪,取得了7张长狭缝光谱。这是我国唯一的一组哈雷彗星长狭缝光谱。光谱色散度为165(?)/mm,分辨率不小于7(?)。本文主要给出6张Kodak 103_a-O底片上3000—5100(?)波段的谱线证认结果。光谱片上主要出现了CN、C_2、C_3、CH、NH、OH等分子发射线,还可能存在NH_2、CH~+、N、H_2CO等发射线。光谱中连续辐射、吸收线较强,离子谱线少而弱,表明哈雷彗星是富尘的。OH(3090)发射线的出现既证实了卫星观测结果,又说明云南天文台的紫外观测条件是优越的。     

武仙座X-1可能存在软X射线或远紫外波段的谱线

在双星系统X射线源HerX-1的硬X射线波段测量到强的X射线谱线.第一条谱线在58keV,第二条谱线在110keV附近,并给出了谱线宽度,强度比和流量.对这种现象可以有几种解释,其中之一是认为这些谱线是由强磁场中量子化的电子同步加速辐射产生,从而可以推导出发射区的磁场强度.这几乎可以认为是宇宙中存在强磁场的     

1991年10月24日白光耀斑的高时间分辨率多波段光谱分析

本文分析了南京大学太阳塔1991年10月24日用多波段光谱仪观测到的高时间分辨率（5s）的一个2N／X2．1级白光耀斑光谱．对耀斑谱线轮廓、连续发射强度、X射线和射电爆发资料进行了综合对比，分析表明，该耀斑属Ⅰ类白光耀斑，具有如下特征：（1）在白光耀斑的脉冲相期间，各波段光谱线心强度、连续辐射、谱线半宽以及线翼红不对称性与硬X射线高能波段的爆发同时达到极大；（2）H_a谱线在连续发射极大时半宽达10A，且呈现强烈的线心反转，H_β和H_γ线心亦有反转；（3）所拍摄的5条谱线都有明显的红不对称性，持续时间约为1分钟，根据上述结果，本文用电子束轰击、色球蒸发和色球压缩区对该耀斑能量积聚和释放的动力学机制作了定性的分析和解释。     

1991年10月24日白光耀斑的高时间分辨率多波段光谱分析

本分析了南京大学太阳塔１９９１年１０月２４日用多波段光谱仪观测到的高时间分辨率（５ｓ）的一个２Ｎ／Ｘ２．１级白光耀斑光谱，对耀斑谱线轮廓，连续发射强度，Ｘ射线和射电爆发资料进行了综合对比，分析表明，该耀斑属Ｉ类白光耀斑，具有如下特征：（１）在白光耀斑的脉冲相期间，各波段光谱线心强度，连续辐射，谱线半宽以及线翼红不对称性与硬Ｘ射线高能波段的爆分同时达到极大；（２）Ｈα谱线在连续发射极大时半宽达１０     

搭载在神州二号飞船留轨舱上的超软X射线探测器-观测结果简介

简要介绍搭载在神州二号飞船留轨舱上的超软X射线探测器的观测结果，它们涉及宇宙γ射线暴，太阳X射线暴，高能带电粒子和软X射线背景辐射，供分析、讨论和研究。     

类星体SDSSJ0916+2921的类银河系2175A 尘埃消光特征

光谱观测显示类星体SDSS J091613.60+292106.1 (简称J0916+2921, 系统红移zem=1.1418\pm 0.0018)中有特殊的2175A尘埃消光特征, 其强度显著大于银河系平均强度. 光谱同时探测到与尘埃成协的丰富气体吸收线, 确定吸收线系统红移为zbs = 1.1413 \pm 0.0002, 和类星体红移一致. 气态金属离子柱密度相对太阳丰度的比例为Al/Zn =-1.68 \pm 0.10, Cr/Zn=-0.49 \pm0.10, Fe/Zn = -0.81 pm 0.18. 尘埃耗散作用显著, 说明该系统中尘埃十分丰富, 与观测的强尘埃消光特征吻合. 类银河系的2175A尘埃消光特征在类星体光谱中多见于中间插入吸收线系统, 至今未明确认证内禀吸收线系统出现该特征, 类星体SDSS J0916+2921是目前仅有的数个候选者之一. 该类星体X射线辐射相较一般类星体更强, 后续可用作研究2175A}尘埃在强高能射线照射条件下的形成与离解平衡, 以揭示2175A尘埃的化学成分、物理性质和起源.     

Circinus X-1 在转换期的能谱和功率谱

Circinus X-1是小质量X射线双星(LMXB),它的能谱和时变十分复杂而独特。在不同的观测时期,它的硬度强度图(HID)和双色图(CCD)显示了不同的形状。本文选择了Circinus X-1正处于X射线流量从高向低转换期间的观测数据,通过对这一时期HID和相应能谱和时变性质的讨论,并将所得结果与1997年观测到的高亮度期间的能谱和时变性质(Shirey 1999)进行对比研究,进一步找到源的强度变化对其X射线辐射性质的影响。     

伽玛暴及其早期X射线余辉的观测特征

Swift卫星的X射线望远镜观测揭示部分伽玛暴的早期余辉光变曲线有一个缓慢衰减的成分,而相当一部分却没有这样的成分.研究比较这两种暴的观测性质发现两类暴的持续时间、伽玛辐射总流量、谱指数、谱硬度比峰值能量等物理量均没有显著差异.然而有该成分的那些伽玛暴谱比较软、早期X射线余辉比较弱、伽玛射线辐射效率显著高于没有这个成分的那些暴.结果表明两类暴的前身星和中心机制一致,是否呈现这个缓慢衰减成分可能取决于外部介质.     

星系群中活动星系核的比例研究

相对于大量X射线辐射显著而无光学发射线的活动星系核(AGN),已被光谱证认了的X射线选AGN可能尚处于黑洞显著增长的高吸积率演化阶段,因而具有明显的光学发射线特征.利用COSMOS(Cosmological Evolution Survey)天区深场多波段测光和光谱数据,在红移范围为0.1z1.0的星系群成员星系样本中寻找具有光学发射线特征的X射线选AGN.研究发现,星系群中的绝大多数这类AGN(约96%)是窄发射线AGN,星系群中AGN比例普遍低于1%,且随着红移有微弱的上升趋势.     

冕流电流片的白光和紫外观测研究

日冕电流片是日冕磁重联发生的主要区域, 这一过程将磁能转化为等离子体的热能和动能. 通过选取大角度光谱日冕仪(Large Angle and Spectrometric Coronagraph, LASCO)的白光与远紫外日冕成像光谱仪(Ultraviolet Coronagraph Spectrometer, UVCS)的紫外观测, 研究了2003年1月3日观测到的冕流电流片. LASCO C2白光数据显示电流片中的等离子体团在视场中可从60km·s^-1加速至340km·s^-1, 加速度为 60m·s^-2; 假设视向深度为0.3--1.5R_⊙, 得到所研究电流片在UVCS狭缝高度处的平均电子数密度约为(1.52--7.60)×10⁷cm^-3. 对沿UVCS视场狭缝分布的[Fe xviii ] 974 ? A和Lyα谱线强度进行研究, 发现电流片处的[Fe xviii ]谱线强度比周围明显增大, 计算得到所研究时段内电流片的电子温度范围为(2.94–4.04)×10⁶K; 而在电流片处的Lyα谱线强度相对周围变化不大, 在电流片内部两侧强度比中心略高, 可能的主要原因是电流片内部中心处等离子体的运动速度要比两侧快, 这使得中心比两侧有更强的多普勒暗化作用. 以UVCS观测的Lyα和[Fe xviii ]谱线的辐射强度比和计算的电子温度为约束条件, 发现当狭缝电流片处等离子体运动速度约为237–254 km·s ^?1 时, 通过理论计算的Lyα和[Fe xviii ]谱线的辐射发射率比值和观测谱线强度比值相当. 在该速度范围内, 电流片内部Lyα辐射的碰撞项约为辐射项的42%–57%. 此事件中的冕流电流片比通常情形下的冕流电流片中等离子体温度更高、运动速度更大, 可能的原因在于其南侧爆发的两个日冕物质抛射促进了电流片中的磁重联过程, 更多的磁能释放用于等离子体的加热和加速. 所得研究结果可以为我国将要发射的先进天基太阳天文台(Advanced Space-based Solar Observatory, ASO-S)未来的资料处理提供重要参考.     

天鹅座X-3 X光子对γ射线的吸收

通过处理天文卫星COS-B的数据,我们首次获得了Cygnus X-3的γ射线像,并且发现了150—5000 MeV高能γ辐射与2—12keV X辐射强度的负相关现象,即X射线高态时的γ辐射比低态时弱. γ-X负相关现象可以用吸积盘X射线冕区中密集的X射线光子对γ射线的吸收作用解释.     

武仙座X-1的硬X射线谱线

本文应用对武仙座X射线源 Her X-1新近获得的硬X射线谱线的观测资料,对辐射区域的物理情况作了初步的探讨。得到:辐射区域对谱线辐射是不透明的,激发温度T～2.4×10~8K,辐射区域的截面积～2×10~7厘米~2,并预言第三条谱线的强度约为第一条谱线的1/13,第三条谱线的宽度约为第一条谱线的3倍。     

猎户座分子云团中弥散电离介质的视向速度及线强度比分布

恒星形成区是研究恒星形成物理过程最重要的天体物理实验室. 猎户座分子云团是研究各种质量恒星形成和相关年轻恒星性质的一个著名天区. 通过对恒星形成区的光学光谱分析, 可以获取其内部热电离气体的运动学和化学性质. 基于国家大科学装置郭守敬望远镜(LAMOST)的光谱观测数据, 从LAMOST I期光谱巡天数据中筛选出8个指向猎户座分子云团的观测面板, 获取了1300多条针对猎户座分子云团内弥散电离介质的有效光谱. 选取不受星际介质污染的背景天光光谱构建超级天光, 对这些光谱数据做减天光处理, 并进一步测量其发射线性质，包括Ha、N Ⅱ] λ 6584、[S Ⅱ]λλ 6717和6731等发射线的中心波长和积分流量等.最后给出猎户座分子云团内弥散电离介质的视向速度和线强度比分布情况.     

1980年日全食色球闪光光谱观测和初步结果

1980年2月16日日全食时,我们在云南省瑞丽县用一架无缝光谱仪成功地进行了一次闪光光谱观测。仪器由定天镜供光,平均色散度为5.7/mm。光谱底片的高度分辨率为185 km。 观测资料初步分析如下:在4799—5845波段内,证认了1042条色球谱线,其中72条是文献[1]和[2]中未见列出的;确定了色球底的位置;用食既前的太阳边缘的无缝光谱和日食前一天的日心有缝光谱进行了绝对强度定标;测量计算了各条谱线在色球底层附近的强度。 此外,还拍摄到了5303(FeXIV),5445和5694(CaXV)三条日冕线。     

耀斑软X射线流量的统计性质

为了更定量地研究太阳耀斑软X射线辐射的统计性质,发展了一套对于给定峰值流量区间的耀斑的自动识别程序,并用它分析了从1980年到2013年GOES(Geostationary Operational Environmental Satellite)在两个软X射线波段上对太阳耀斑的观测.研究发现耀斑软X射线流量在峰值附近变化的统计特征和耀斑流量峰值的绝对大小无关:平均而言耀斑流量的上升时间约是下降时间的一半,而且高能量通道的上升和下降时间比相应的低能量通道时间要短,但是这些时间还是会随着耀斑流量变化幅度的增加而增加.