理工論文寬吸收線類星體物理研究

1、寬吸收線類星體物理研究 寬吸收線類星體物理研究是小柯論文網(wǎng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)搜集，并由本站工作人員整理后發(fā)布的，寬吸收線類星體物理研究是篇質(zhì)量較高的學(xué)術(shù)論文，供本站訪問(wèn)者學(xué)習(xí)和學(xué)術(shù)交流參考之用，不可用于其他商業(yè)目的，寬吸收線類星體物理研究的論文版權(quán)歸原作者所有，因網(wǎng)絡(luò)整理，有些文章作者不詳，敬請(qǐng)諒解，如需轉(zhuǎn)摘，請(qǐng)注明出處小柯論文網(wǎng)，如果此論文無(wú)法滿足您的論文要求，您可以申請(qǐng)本站幫您代寫論文，以下是正文。 摘 要現(xiàn)在普遍相信類星體的反饋會(huì)調(diào)節(jié)寄主星系形成的進(jìn)程，但其中具體的物理過(guò)程依然是個(gè)謎.類星體的外流是一個(gè)重要的候選者.為了確定外流的重要性，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)天體物理中心開展了寬吸收線類星體的一系列研究

2、，取得了一些進(jìn)展: (1)寬吸收線區(qū)的紫外吸收物質(zhì)的柱密度比原來(lái)預(yù)計(jì)高出2個(gè)量級(jí)，低電離吸收線形成于飽和的高電離吸收線區(qū)；（2）射電寧?kù)o的寬吸收類星體吸收物質(zhì)主要在赤道面，并且不同的源吸收物質(zhì)分布情況很不相同，而在射電強(qiáng)的類星體中，赤道和極向外流都是可能的；（3）共振散射線偏振表明，外流物質(zhì)攜帶角動(dòng)量.關(guān)鍵詞類星體, 吸收線the physics of broad absorption line quasarswang ting|gui(center for astrophysics , university of science and technology of china, hefei

3、230026, china)abstractquasar feedback is considered a crucial process in galaxy formation and evolution; however, details of the physical process remain a mystery. quasar outflow is one possible process. to assess the importance of quasar outflow we have performed a series of studies on broad absorp

4、tion line (bal) quasars, and have obtained the following results. （1）the uv absorption column density is an order of magnitude higher than previously believed, and low ionization bals are formed in the high ionization zone. (2) in radio|quiet bal quasars, the outflow is mainly confined to the equato

5、rial directionwhile in radio|loud ones both equatorial and polar outflows are possible. (3) the polarization of resonantly scattered lines suggests that the outflow carries large angular momentum.keywordsquasars, absorption lines1 引言一些星系中心的超大質(zhì)量黑洞吸積周圍的氣體，氣體在下落到黑洞過(guò)程中將巨大的引力結(jié)合能轉(zhuǎn)換成粒子的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能，產(chǎn)生大量的電磁輻射,同時(shí)吸積

6、也是大質(zhì)量黑洞增長(zhǎng)的過(guò)程.它們的輻射光度甚至超過(guò)整個(gè)星系的恒星光度百倍，我們稱這些天體為活動(dòng)星系核.近10年來(lái)的觀測(cè)表明，幾乎所有大質(zhì)量星系的中心都存在超大質(zhì)量黑洞，核活動(dòng)是星系演化的一個(gè)特殊階段.人們普遍相信核活動(dòng)巨大的能量輸出使得它在星系演化的過(guò)程中起關(guān)鍵的作用，產(chǎn)生了一系列觀測(cè)到的黑洞質(zhì)量與星系參數(shù)的相關(guān)性.類星體是高光度的活動(dòng)星系核統(tǒng)稱.大約10%20%的類星體具有寬的、藍(lán)移的離子吸收線，這些類星體被稱為寬吸收線類星體（bal qso）.最常見(jiàn)的紫外吸收線有civ1549, nv1240, ly, siiv1397, ovi1032, mgii2798, aliii1870 等類li離

7、子共振吸收線（如圖1所示），這些吸收線是由類星體部分電離的高速外流物質(zhì)吸收連續(xù)譜產(chǎn)生的，外流的速度可高達(dá)0.1c0.2c(c為光速).如果這些外流具有足夠的質(zhì)量外流速率，它可能是聯(lián)接核活動(dòng)與星系演化的關(guān)鍵物理過(guò)程，同時(shí)也將對(duì)吸積過(guò)程產(chǎn)生重要影響. 因此確定寬吸收線類星體物理參數(shù)近年來(lái)受到特別重視.本文將介紹寬吸收線類星體的研究背景和我們近年來(lái)在這方面開展的一些研究工作,包括吸收物質(zhì)的柱密度，外流的幾何以及外流角動(dòng)量的確定等. 2 寬吸收類星體中外流的基本圖像目前對(duì)寬吸收線類星體有2類截然不同的觀點(diǎn)：人們較為普遍接受的觀點(diǎn)是，所有的類星體都具有寬吸收線外流, 但外流只覆蓋一少部分的立體角，換言之

8、，只在類星體的一些視線方向上觀測(cè)到了外流；另一類觀點(diǎn)是，只有一些特殊的類星體具有寬吸收線外流.觀測(cè)檢驗(yàn)這2個(gè)觀點(diǎn)的主要方法是：（1）通過(guò)比較bal qso吸收線區(qū)的覆蓋因子與觀測(cè)到寬吸收線類星體的比例， 如果二者一致，則支持第一類模型；（2）檢驗(yàn)bal qso與非bal qso性質(zhì)在統(tǒng)計(jì)上的差別， 如果有差別，則二者可能是不同的. 第一類檢驗(yàn)主要通過(guò)離子共振散射譜線的強(qiáng)度與理論模型預(yù)言的比較來(lái)確定.對(duì)大部分吸收線而言，離子與光子的作用并不是真吸收而是共振散射，因而通過(guò)測(cè)量別的方向上散射過(guò)來(lái)的光就可以確定散射物質(zhì)覆蓋的區(qū)域.這一方法給出寬吸收線區(qū)的覆蓋因子上限為30%，但一定程度上與模型相關(guān).

9、第二類方法發(fā)現(xiàn)bal與非 bal qso只在發(fā)射線輪廓上有細(xì)微差別，bal qso的civ線更加藍(lán)移，這可能說(shuō)明它們有不同，或者只是二類系統(tǒng)不同的視角方向引起的，前者支持第一種觀點(diǎn)，而后者支持第二種觀點(diǎn)，因此第二類方法并沒(méi)有給出明確的傾向.寬吸收線外流是由輻射加速的，如果外流的電離程度合適，活動(dòng)星系核強(qiáng)的紫外輻射可以非常有效地加速物質(zhì)外流.在光學(xué)薄的情況下，輻射加速度可以寫成：其中為單位質(zhì)量物質(zhì)對(duì)頻率為的光子的吸收截面，l為頻率處單位頻率間隔的光度，為平均吸收截面與電子散射截面之比，luv為積分光度，ledd為完全電離的氫輻射壓與引力平衡時(shí)輻射光度(稱為eddington光度)， m為黑洞的質(zhì)

10、量.對(duì)于典型的類星體而言，luv/ledd0.1，取決于具體的吸收過(guò)程， 主要包括譜線的共振散射或者連續(xù)譜的光電吸收過(guò)程. 對(duì)于典型的類li離子電離物質(zhì)而言，共振散射的截面與光電吸收的截面之比量級(jí)為105.但共振散射只能發(fā)生在吸收物質(zhì)共同坐標(biāo)系共振頻率附近，很容易飽和，因此它的重要性取決于吸收物質(zhì)的速度梯度.對(duì)于共振散射光學(xué)厚的物質(zhì)，二者的相對(duì)重要性由柱密度的速度梯度（n(dr/d)）以及電離連續(xù)譜的形狀決定.在考慮的電離度范圍，估計(jì)在1010000之間. 在一些情況下，塵埃的吸收也是重要的輻射力來(lái)源.觀測(cè)上發(fā)現(xiàn)吸收線輪廓的一些特征也表明共振線輻射壓是外流的重要加速機(jī)制，如civ吸收坑中有時(shí)在

11、速度5800km/s處有剩余流量的峰，這是由于nv離子吸收類星體強(qiáng)的ly發(fā)射線后獲得額外的加速度而使得該速度段的離子數(shù)目降低引起的.一些寬吸收線類星體的吸收坑的深度比局部連續(xù)譜深，從而要求寬吸收線物質(zhì)同時(shí)也吸收發(fā)射線，換言之，寬吸收線區(qū)在發(fā)射線區(qū)外.對(duì)于類星體，典型的寬發(fā)射線區(qū)的尺度為10161017cm, 作為比較，典型的108m質(zhì)量黑洞的半徑為1.51013cm.寬吸收線區(qū)可能延伸到pc（秒差距）尺度.從紫外吸收坑我們可以估計(jì)吸收離子柱密度的下限，這個(gè)下限對(duì)應(yīng)的物質(zhì)柱密度只有1021cm-2, 從吸收線輪廓看，吸收物質(zhì)是連續(xù)地外流，從而估計(jì)吸收物質(zhì)密度只有105106cm-3.這種低密度的

12、物質(zhì)暴露在類星體的強(qiáng)輻射場(chǎng)中，物質(zhì)的電離程度很高，類li離子很難存在.一種解決方案是，在寬吸收線的內(nèi)部存在高電離的吸收物質(zhì)，這些物質(zhì)吸收軟x射線，從而保證外面的類li離子的存在.寬吸收線類星體中觀測(cè)到強(qiáng)的軟x射線吸收支持這種解決方案. 吸收物質(zhì)的來(lái)源可能是黑洞吸積氣體構(gòu)成的吸積盤的風(fēng)，或者核區(qū)附近的氣體.當(dāng)這些氣體暴露在類星體的紫外輻射場(chǎng)中時(shí)，它們將得到加速.由于我們對(duì)吸積盤理論知道得很有限，我們并沒(méi)有理解風(fēng)是如何發(fā)生的. 在一些模型里，如磁驅(qū)動(dòng)風(fēng)可能是吸積盤帶走角動(dòng)量的很有效的機(jī)制，而角動(dòng)量損失正是氣體吸積的決定因素.數(shù)值模擬表明，流體風(fēng)在后來(lái)基本上是徑向的，但現(xiàn)在還沒(méi)有磁流體力學(xué)風(fēng)的詳細(xì)模

13、擬.現(xiàn)在關(guān)于寬吸收線的外流的基本圖像如圖2所示.3 類星體外流研究3.1 紫外吸收物質(zhì)的柱密度早期的x射線觀測(cè)表明，寬吸收線類星體的軟x射線很弱，暗示具有很強(qiáng)的吸收2；但是只有在中能x射線觀測(cè)到高的吸收物質(zhì)柱密度之后才明確給出寬吸收線類星體高的x射線吸收柱密度，同時(shí)中能x射線觀測(cè)顯示部 寬吸收線類星體物理研究是小柯論文網(wǎng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)搜集，并由本站工作人員整理后發(fā)布的，寬吸收線類星體物理研究是篇質(zhì)量較高的學(xué)術(shù)論文，供本站訪問(wèn)者學(xué)習(xí)和學(xué)術(shù)交流參考之用，不可用于其他商業(yè)目的，寬吸收線類星體物理研究的論文版權(quán)歸原作者所有，因網(wǎng)絡(luò)整理，有些文章作者不詳，敬請(qǐng)諒解，如需轉(zhuǎn)摘，請(qǐng)注明出處小柯論文網(wǎng)，如果此論文無(wú)

14、法滿足您的論文要求，您可以申請(qǐng)本站幫您代寫論文，以下是正文。分覆蓋.如果這些x射線吸收物質(zhì)和紫外吸收物質(zhì)具有相同的外流速度和距離，外流攜帶的動(dòng)量和動(dòng)能非常可觀，這將對(duì)星系的演化產(chǎn)生重要的影響.但是由于技術(shù)的限制，要從x射線波段確定出這些弱x射線源吸收物質(zhì)的速度是很困難的.王挺貴等3最先意識(shí)到在軟x射線產(chǎn)生光電吸收的物質(zhì)會(huì)在紫外波段產(chǎn)生共振線吸收（圖3），由于共振線吸收很容易飽和，紫外波段只對(duì)比較低的柱密度敏感，而相應(yīng)的x射線吸收邊則對(duì)大得多的光學(xué)深度敏感.通過(guò)對(duì)x射線吸收的分析和光致電離理論計(jì)算的比較，我們發(fā)現(xiàn)紫外的吸收線飽和是很嚴(yán)重的，物質(zhì)柱密度比原來(lái)預(yù)計(jì)要高出幾個(gè)量級(jí).最近陸紅琳等4分析了

15、低電離寬吸收線類星體，他們發(fā)現(xiàn)，這些天體的aliii 和mgii吸收線的光深在不同的速度處非常相似，從而推斷其吸收離子柱密度比在不同速度處非常相似.這種相似性是出乎意料的，因aliii和mgii形成的條件有差別. 對(duì)電離復(fù)合過(guò)程的理論分析表明，只有在al+3和mg+2主導(dǎo)的吸收物質(zhì)，二者的比例由電離連續(xù)譜的形狀決定.這要求產(chǎn)生紫外吸收物質(zhì)的柱密度至少為1022cm-2，與上述分析一致（圖4）.同時(shí)這項(xiàng)工作也解決了在寬吸收線研究中的長(zhǎng)期困惑低電離和高電離寬吸收線在輪廓上的相似性.3.2 赤道和極向外流并存寬吸收線類星體的一個(gè)重要參數(shù)是外流的幾何，早期的計(jì)算表明，輻射壓加速的吸積盤風(fēng)沿著吸積盤的赤

16、道面方向，但是最近的研究表明，在赤道和極向外流都是可能的.電離物質(zhì)中的電子散射核區(qū)的連續(xù)譜，引起輻射的偏振，對(duì)于軸對(duì)稱的散射物質(zhì)分布，其偏振度與視線方向的夾角（i）的關(guān)系為pcos2i. 觀測(cè)上寬吸收線類星體的光學(xué)偏振高于非寬吸收線類星體的光學(xué)偏振，從定性上說(shuō)，寬吸收線類星體傾角更大.王慧元等6基于寬吸收線和非寬吸收線類星體偏振分布的差別，推斷出不同的寬吸收線類星體具有相當(dāng)大范圍的吸收物質(zhì)的分布. 射電輻射是類星體中少數(shù)能夠空間分辨的成分，一方面是其尺度的延展，另一方面是射電干涉技術(shù)使得容易開展射電高分辨的觀測(cè).射電噴流的良好準(zhǔn)直性及其相對(duì)論性質(zhì)，使它成為類星體對(duì)稱軸的觀測(cè)指示，早期研究的寬吸

17、收線類星體都是射電弱的，但在大規(guī)模的射電和光學(xué)深度巡天開展以后，90年代末發(fā)現(xiàn)不少射電強(qiáng)的寬吸收線類星體.我們和中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)合作，對(duì)一些射電強(qiáng)的寬吸收線類星體開展高分辨的射電觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)射電強(qiáng)的類星體即使在毫角秒的分辨率下除了直接成像之外，射電亮溫度可以用來(lái)探測(cè)一類噴流與視線夾角很小的天體.噴流的射電輻射是相對(duì)論運(yùn)動(dòng)電子在磁場(chǎng)中加速引起的同步輻射，同步輻射的光子被相對(duì)論電子散射時(shí)獲得能量產(chǎn)生逆compton輻射.kellerman最早意識(shí)到一個(gè)基本穩(wěn)定的射電源，其射電輻射的一次逆compton輻射不應(yīng)該超過(guò)同步輻射的密度，否則多次散射的結(jié)果導(dǎo)致電子快速冷卻. 換言之， 同步輻射的亮溫度應(yīng)

18、該有一上限compton極限.由于相對(duì)論噴流的成束效應(yīng)，射電噴流的視亮溫度可以超過(guò)compton極限，但在噴流隨動(dòng)坐標(biāo)系中是滿足這一極限的.利用這一特性，我們可以探測(cè)到朝著我們的相對(duì)論性噴流.周宏巖等9利用二次觀測(cè)之間射電流量的變化，從變化的時(shí)間限定變化流量輻射區(qū)的尺度，因?yàn)樾盘?hào)的傳遞速度不能超過(guò)光速，從而估計(jì)寬吸收線類星體的射電亮溫度下限.他們發(fā)現(xiàn)一些源的亮溫度超過(guò)compton極限，表明在這些源中，外流沿著二極方向，這與寬吸收線的赤道外流傳統(tǒng)的看法矛盾.同時(shí)，他們也發(fā)現(xiàn)一些經(jīng)典的雙瓣的射電源，這些源在傳統(tǒng)的射電圖象中屬于視角較大的一類.所以從射電觀測(cè)看，寬吸收線類星體中的外流方向可以是極向

19、，也可以是赤道平面.王俊賢等10利用目前最為先進(jìn)的歐洲x射線天文觀測(cè)衛(wèi)星xmm-newton對(duì)這些射電強(qiáng)的寬吸收線類星體開展觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)它們無(wú)例外地與傳統(tǒng)的寬吸收線類星體的高柱密度吸收不相同，這些寬吸收線類星體只有弱的吸收或者沒(méi)有吸收.有2種不同圖像可以解釋這種差別：一種是x射線由射電噴流貢獻(xiàn)主導(dǎo)， x射線沒(méi)有穿越寬吸收線區(qū)；另一種可能是，這些射電強(qiáng)源的寬吸收線區(qū)結(jié)構(gòu)與射電弱源不同：在極向外流的寬吸收線類星體中，低電離寬吸收線類星體的比例比一般的寬吸收線類星體中高出很多.極向外流可能是射電輻射等離子體和周圍物質(zhì)相互作用形成的，形成在比較大的尺度上.這些氣體不存在過(guò)電離的問(wèn)題，也不是輻射壓加速的.

20、這需要進(jìn)一步的研究才能確定哪種圖像正確.3.3 外流攜帶角動(dòng)量如果外流來(lái)自吸積盤的風(fēng)，它必定攜帶角動(dòng)量.確定外流攜帶角動(dòng)量的大小，同時(shí)也是吸積盤研究的重要課題.角動(dòng)量守恒要求吸積氣體在向黑洞下落的過(guò)程中損失掉角動(dòng)量，但是角動(dòng)量怎樣損失的，具體過(guò)程還是沒(méi)有完全搞清楚，吸積盤的磁驅(qū)動(dòng)風(fēng)是一個(gè)候選者.王慧元等11通過(guò)蒙特卡羅模擬方法求解偏振的輻射轉(zhuǎn)移方程，研究了外流的共振散射過(guò)程，他們發(fā)現(xiàn)在軸對(duì)稱的外流系統(tǒng)，只有在外流系統(tǒng)帶有角動(dòng)量時(shí)才能產(chǎn)生偏振角隨著視線方向速度旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)的速度可以從吸收線的偏振信息中讀出.偏振角轉(zhuǎn)動(dòng)在一些源中已經(jīng)觀測(cè)到，從轉(zhuǎn)動(dòng)的速度可以判斷這些源在外流形成區(qū)域的速度約104km/

21、s ，這是吸積盤風(fēng)的重要證據(jù)，至于風(fēng)帶走的角動(dòng)量大小則依賴于其他參數(shù).王慧元等同時(shí)發(fā)現(xiàn)的寬吸收外流區(qū)的共振散射也對(duì)一些重要的發(fā)射線產(chǎn)生影響，特別是civ和nv線被用來(lái)確定發(fā)射線氣體的金屬豐度，從而確定核區(qū)恒星形成的歷史.但是這些線的流量很大程度上受共振散射的影響，以前的研究給出的豐度有比較大的問(wèn)題.4 結(jié)論我們最近幾年從各個(gè)方面對(duì)寬吸收線類星體的物質(zhì)外流開展了研究，發(fā)現(xiàn)：（1）寬吸收線區(qū)的紫外吸收物質(zhì)的柱密度比原來(lái)預(yù)計(jì)的要高出2個(gè)量級(jí)，并確定低電離吸收線形成了飽和的高電離吸收線區(qū)；（2）從連續(xù)譜的偏振分布研究給出射電寧?kù)o的寬吸收類星體吸收物質(zhì)主要在赤道面，并且不同的源吸收物質(zhì)的覆蓋立體角和厚度

22、很不相同，而射電強(qiáng)的類星體外流在赤道和極向都是可能的；（3）寬吸收線的共振散射線偏振表明，外流物質(zhì)攜帶角動(dòng)量.盡管有這些進(jìn)展，但是我們離確定吸收物質(zhì)的外流速率，以及估計(jì)外流攜帶的能量、動(dòng)量和角動(dòng)量還有一定的距離.致謝 感謝王慧元提供圖2資料.參考文獻(xiàn)1 arav n et al. apj, 2001, 561：1182 brinkmann w, wang t g, matsuoka m. a&a, 1999, 345：433 wang t g., brinkmann w, yuan w et al. apj, 2000, 545:774 lu h l, wang t g, zhou h y e

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