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低光度活动星系核的吸积和喷流研究

作　者: 吴庆文
导　师: 曹新伍
学　校: 中国科学院研究生院（上海天文台）
专　业: 天体物理
关键词: 活动星系核 黑洞 吸积盘 喷流 恒星形成
分类号: P157.6
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


本论文利用多波段的高分辨率观测数据结合低辐射效率黑洞吸积盘（ADAF）和喷流模型来探讨低光度活动星系核的各个波段的辐射起源问题。同时我们利用这些多波段的观测数据得到中央黑洞吸积率，并探讨中央黑洞吸积和周围环境之间的可能关系。第一章，我们简单地介绍了活动星系核中的基本概念、分类、标准模型，以及低光度活动星系核（LLAGN）和低辐射效率黑洞吸积模型的一些进展及其天体物理应用。我们利用一估计出黑洞质量的低光度活动星系核样本的射电、光学和X射线观测数据来探讨它们的射电起源问题。由于ADAF存在一个临界吸积率，只有在吸积率小于临界吸积率时ADAF才存在，所以对于给定黑洞质量，我们可以计算得到ADAF在各个波段的最大辐射光度。我们发现所选低光度活动星系核样本中大多数源的射电辐射都大于ADAF的最大辐射光度，这表明这些源的射电辐射不是来自于ADAF，而是由其它成分主导，比如喷流。而其它一部分源（15／60，我们称为“射电弱源”）的射电辐射可能来自于ADAF。然而同时对比这些源的射电、光学和X射线辐射和ADAF模型辐射谱之后，我们发现ADAF模型很难同时解释这些源在这三个波段的辐射。我们也探讨了其它可能的情况，我们认为低光度活动星系核的射电辐射应该来自于喷流而不是ADAF。我们探讨了活动星系核中央引擎吸积与大尺度恒星形成之间可能的联系。在此之前，已有研究表明在一些亮活动星系核中，中央黑洞吸积率和大尺度恒星形成率之间存在相关。然而目前还不清楚这种关系在低光度活动星系核中是否存在，因为在这些低光度活动星系核中，吸积模式已经不是高光度活动星系核中的标准吸积盘。我们计算了ADAF的辐射谱，得到了一批LINERs（已观测到硬X射线核辐射）的吸积率，我们发现LINERs的恒星形成率和黑洞吸积率之间的关系依旧遵从其它较亮的活动星系核的关系，这表明即使星系演化到晚期，星际气体提供给低光度活动星系核的恒星形成和黑洞吸积依然和高光度活动星系核中的类似，这与近期数值模拟的结果是一致的。我们利用射电、亚毫米波、红外、光学和X射线等多波段观测数据来探讨射电FRI星系中的X射线起源问题。我们的样本只有8个源，它们2-10 keV波段的X射线光度和爱丁顿比率为LX／LEdd～10-4—10-8，并且都估计出了Bondi吸积率。我们尝试利用耦合吸积盘—喷流模型来拟合它们的多波段观测谱并推断它们的起源，其中吸积盘为ADAF，在黑洞附近形成喷流。我们发现X射线光度和爱丁顿比率较大时，X射线辐射是来自ADAF，如3C 346，LX～1.8×10-4 LEdd。对于中等爱丁顿比率的源LX(～several×10-6 LEdd)来说较为复杂，有两个源的X射线是来自ADAF，一个来自喷流，另外两个ADAF和喷流贡献相当。而对于爱丁顿比率较低的源来说(LX（?）1.0×10-6 LEdd)，X射线主要来自喷流。我们同时发现样本中相当比例源的黑洞吸积率要大于Bondi吸积率，这表明其它形式的燃料供应，如星风损失等应该是非常重要的。

全文目录


致谢  4-6
摘要  6-8
Abstract  8-11
目录  11-14
第一章 综述  14-52
  1.1 活动星系核及其分类  14-16
  1.2 活动星系核统一模型  16-19
  1.3 低光度活动星系核  19-35
    1.3.1 观测性质  19-23
    1.3.2 LLAGNs中央引擎的基本图像  23-24
    1.3.3 射电、X射线和黑洞质量之间的"基本面"关系  24-26
    1.3.4 吸积盘与喷流关系  26-30
    1.3.5 LLAGNs中的发射线  30-35
  1.4 低辐射效率吸积盘模型  35-50
    1.4.1 吸积盘的发展历史  35-39
    1.4.2 ADAF研究进展  39-45
    1.4.3 RIAFs的应用  45-50
  1.5 喷流在LLAGNs和低态XRBs中的贡献  50
  1.6 小结  50-52
第二章 低光度活动星系的射电起源  52-72
  2.1 引言  52-53
  2.2 样本  53-54
  2.3 ADAF的辐射谱计算  54-58
    2.3.1 ADAF自相似结构解  54-55
    2.3.2 能量平衡方程  55-56
    2.3.3 能量表达式和辐射谱  56-58
  2.4 ADIOS辐射谱的计算  58-59
  2.5 ADAF的辐射极大值计算  59-60
  2.6 ADAF+SSD的辐射谱计算  60-61
  2.7 结果  61-66
    2.7.1 黑洞质量与光度的关系  61-64
    2.7.2 爱丁顿比率λL_λ~B/L_(Edd)分布  64
    2.7.3 检验ADAF和ADIOS模型  64-66
    2.7.4 ADAF+SSD模型  66
  2.8 讨论  66-72
    2.8.1 AGN中的不同吸积模式  66
    2.8.2 射电弱源的射电辐射全是来自ADAF或ADIOS吗?  66-69
    2.8.3 射电弱LLAGNs的其它可能模型  69-72
第三章 LINERs中的黑洞吸积率和恒星形成率之间的关系  72-88
  3.1 引言  72-73
  3.2 样本  73
  3.3 RIAFs结构和辐射  73-80
    3.3.1 RIAFs中的基本假定  73-74
    3.3.2 RIAFs的动力学方程  74-76
    3.3.3 RIAFs中的辐射机制  76-78
    3.3.4 边界条件  78-79
    3.3.5 RIAFs的辐射谱  79-80
  3.4 结果  80-82
    3.4.1 RIAFs中L_(X,2-10 keV)和(?)之间的关系  80
    3.4.2 LINERs中的黑洞吸积率  80-82
  3.5 讨论  82-88
第四章 射电FR I星系中的X射线起源:ADAF还是喷流?  88-106
  4.1 引言  88-90
  4.2 样本  90
  4.3 耦合的吸积盘-喷流模型  90-91
  4.4 谱拟合结果  91-100
    4.4.1 3C 346  91-92
    4.4.2 B2 0755+37  92-93
    4.4.3 3C 31  93-94
    4.4.4 3C 317  94-95
    4.4.5 B2 0055+30  95-96
    4.4.6 3C 66B  96-97
    4.4.7 3C 449  97-98
    4.4.8 3C 272.1  98-100
  4.5 讨论  100-101
  4.6 结论  101-106
第五章 总结与展望  106-108
参考文献  108-122
发表文章目录  122-124
简历  124

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 天文学 > 恒星天文学、星系天文学、宇宙学 > 河外星系 > 星系核的活动（包括爆发）
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