國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目答辯

三、科學(xué)研究基金項(xiàng)目申報書示例2012年度國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目答辯

Blazar天體的光變觀測和理論研究申請人：張雄依托單位：云南師范大學(xué)一、立項(xiàng)依據(jù)二、研究內(nèi)容、研究目標(biāo)以及擬解決的關(guān)鍵問題三、本項(xiàng)目的特色與創(chuàng)新之處和擬采取的研究方案及可行性分析四、研究基礎(chǔ)與條件報告內(nèi)容1.研究意義2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析一、立項(xiàng)依據(jù)Blazar天體是天體物理學(xué)研究中較活躍的領(lǐng)域之一,觀測與理論都預(yù)示了Blazar天體是活動星系核（AGN）中最具特色的一類次型。它豐富多彩的觀測現(xiàn)象和極端的物理特性，反映出其結(jié)構(gòu)和物理過程都十分復(fù)雜,許多問題對近代物理學(xué)提出了挑戰(zhàn)。而這些問題的研究可以解決Blazar天體的結(jié)構(gòu)、演化、能源輻射機(jī)制等重大難題。這對星系物理研究領(lǐng)域的學(xué)科發(fā)展有著積極的推動作用。其研究的科學(xué)意義十分重大，1.研究意義Blazar天體是噴流指向觀測者的特殊活動星系核，其噴流通常具有相對論性運(yùn)動速度。由于相對論集束效應(yīng)，Blazar天體的輻射主要來自噴流，使得Blazar天體成為了研究噴流形成、結(jié)構(gòu)和演化的理想實(shí)驗(yàn)室。Blazar天體從射電到伽瑪射線多波段的輻射都表現(xiàn)出復(fù)雜、快速、相互關(guān)聯(lián)的光變，研究表明Blazar天體的光變涉及不同尺度噴流的耗散、高能粒子加速、輻射區(qū)的物理性質(zhì)、噴流周圍的輻射場和物質(zhì)分布等，Blazar天體的光變觀測和理論研究對揭示噴流物理具有重要意義。t連續(xù)譜輻射線輻射Blazar黑洞的吸積與噴流的性質(zhì)?輻射與光變的起源?吸積與噴流的關(guān)系?Blazar的中心發(fā)動機(jī)物理性質(zhì)？從短時標(biāo)和長期的光變特性出發(fā)，從理論上研究和解決上述問題對揭示噴流物理具有重要意義。RBLR=cΔt2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析—國外研究

CGROFermiWhippleHESS國際上的光變觀測研究始于上世紀(jì)60年代；上世紀(jì)90年代，康普頓伽瑪射線空間天文臺（CGRO）發(fā)現(xiàn)河外MeV/GeV伽瑪射線源都是Blazar天體，掀起了光變研究的熱潮；地面的切倫科夫望遠(yuǎn)鏡（如Whipple）發(fā)現(xiàn)河外TeV伽瑪射線源也都是Blazar天體；費(fèi)米伽瑪射線空間望遠(yuǎn)鏡自2008年6月上天以來探測862個Blazar天體，掀起了光變研究的又一輪熱潮。Valtonen,M.J.,etal.2008,Nature,費(fèi)米伽瑪射線衛(wèi)星的觀測(Atwoodetal.2009)，2.

國內(nèi)研究我們也利用國內(nèi)的中小型望遠(yuǎn)鏡長期的觀測，系統(tǒng)地研究了Blazar天體中的各種時標(biāo)光變特性，獲取大量的觀測資料和一些重要觀測新發(fā)現(xiàn)。從理論上探討具有光變特征的Blazar天體長周期光變。獲得一些原創(chuàng)性成果。獲云南省人民政府的云南省科學(xué)技術(shù)獎（自然科學(xué)類）一、二等獎（2001年，2005年，2010年）由此表明我們的研究一直處于國內(nèi)外該領(lǐng)域的前沿。國內(nèi)學(xué)者在Blazar天體光變光測和理論研究方面做出了貢獻(xiàn)。（國家天文臺，北京大學(xué)，廣州大學(xué)，北師大等）2.

國外同行評價國外同行評價：美國著名天文學(xué)家Trimble在2000年的年度進(jìn)展的特邀評論文章（Trimble,etal.,2000,PASP,112,534）中評述說：“活動星系核變化的快嗎？這個問題就像問教皇Pope是否是天主教徒一樣。然而關(guān)于這一點(diǎn)的真實(shí)情況是，至今我們還沒有第一手情況，恰好在今年的第一篇論文和最后一篇論文，他們都采集到了最快變化。在408MHz，Riley等（1998）找到了年量級的變化，而在光學(xué)波段，謝等人發(fā)現(xiàn)了許多的Gamma-Rayblazar都有小時量級的快速變化（XieG.Z,Zhang,X.,etal.,1999）”；在2002年的年度進(jìn)展的特邀評論文章（Trimble,2002,PASP,114,475）中又一次引用并評價說：“所有AGN的中心都有黑洞嗎？是的，如果你所指的那一部分AGN恰恰是γ射線輻射源，而這些γ射線源的亮度變化又是以小時量級的時標(biāo)變化的話，回答是肯定的（Xie，G.Z,Zhang,X.,etal.,2001）。更值得指出的是，這跟已應(yīng)用X-ray再現(xiàn)源SgrA*和黑洞X射線雙星（BHXRBs）的極端致密天體的物理思想是一致的”。國外同行評價：國際知名天文學(xué)家，德國海德堡天文臺臺長WagnerS.J.在他題為“類星體和Blazars天體一天內(nèi)的變化”的《天文和天體物理年評》中也特別成段地介紹了我們的工作（WagnerS.J.,WitzelA.,1995,ARA&A,33,163）。1.研究內(nèi)容2.研究目標(biāo)3.擬解決的關(guān)鍵問題二、研究內(nèi)容、研究目標(biāo)以及擬解決的關(guān)鍵問題1)光變觀測分析與黑洞性質(zhì)研究(1)BLLac天體的短光變時標(biāo)與中心黑洞質(zhì)量研究(2)尋找Blazar天體的長周期光變研究(3)Blazar天體光譜觀測與黑洞質(zhì)量估計(jì)(4)Blazar天體中雙黑洞候選體觀測與雙黑洞質(zhì)量研究2）光變與噴流、吸積研究(1)Blazar天體的光變時標(biāo)、吸積、噴流之間的相互關(guān)系(2)Blazar天體的多波段光變性質(zhì)的統(tǒng)計(jì)分析,研究噴流中的輻射結(jié)構(gòu)和機(jī)制(3)Blazar天體的光變分析與吸積的理論模型探討(4)Blazar天體中的GeV高能輻射源的多色測光觀測,研究高能輻射區(qū)的物理性質(zhì)(1)Blazar天體的快速爆發(fā)源的多色測光觀測，估算輻射區(qū)的物理參量，研究噴流的耗散過程(2)通過Blazar天體的光變觀測和歷史資料分析，研究Blazar天體的噴流與黑洞吸積關(guān)系，進(jìn)而探索Blazar天體的吸積模式以及中心發(fā)動機(jī)的本質(zhì)(3)觀測Blazar天體，用小波分析方法、功率譜分析方法、結(jié)構(gòu)函數(shù)分析方法、J-K方法、DCF分析方法等探究其光學(xué)波段的長﹑中﹑短時標(biāo)光變周期及其物理本質(zhì),研究黑洞質(zhì)量和輻射區(qū)域。（2）研究目標(biāo)(4)研究Blazar天體高能Gamma射線噪的輻射流量密度和多波段輻射流量密度及偏振度的相關(guān)性，探討B(tài)lazar天體光學(xué)波段輻射流量密度之間延時。(5)對幾個特殊的Blazar天體(3C345,3C66A,3C279,3C454.3等)樣品進(jìn)行光譜觀測，探討用兩種不同方法估計(jì)黑洞質(zhì)量不一致的原因，解決Blazar天體的黑洞質(zhì)量和輻射區(qū)域的大小問題。(6)觀測和研究Blazar天體樣品中雙黑洞候選體，觀測上找周期交食現(xiàn)象，并對星系的結(jié)構(gòu)、形成與演化進(jìn)行深入的科學(xué)研究。（2）研究目標(biāo)通過Blazar天體的多色測光觀測，結(jié)合多波段的觀測資料，估算輻射區(qū)的物理參量，探討噴流的耗散過程；監(jiān)測GeVBlazar天體的光變性質(zhì)，結(jié)合費(fèi)米衛(wèi)星的高能觀測資料，探討高能輻射機(jī)制。通過對Blazar天體的短時標(biāo)和長時標(biāo)光變的分析，探討B(tài)lazar天體的黑洞吸積。結(jié)合噴流的研究，探討B(tài)lazar天體的吸積與噴流的關(guān)系。對具有光變特征的Blazar天體其周期光變與吸積盤理論進(jìn)行探討。理論上探討具有光變特征Blazar天體的周期光變在大樣本中是否具有普遍現(xiàn)象？在觀測上驗(yàn)證周期光變是否真實(shí)？利用麗江2.4米、興隆2.16米望遠(yuǎn)鏡的卡焦光譜儀，觀測和研究Blazar天體樣品中雙黑洞候選體，用信噪比足夠高的光譜儀探測Blazar天體的弱而窄的發(fā)射線，尋找在連續(xù)譜處于低態(tài)時的強(qiáng)而寬的發(fā)射線。Blazar天體作為AGN的一個子類在其演化過程所處的位置（3）擬解決的關(guān)鍵問題1.項(xiàng)目的特色2.項(xiàng)目的創(chuàng)新之處3.擬采取的研究方案三、本項(xiàng)目的特色與創(chuàng)新之處和擬采取的研究方案及可行性分析4.可行性分析利用國內(nèi)中小型望遠(yuǎn)鏡對精心挑選Blazar天體樣本的光變進(jìn)行測光和光譜觀測研究從理論上研究Blazar黑洞吸積與噴流性質(zhì)，輻射與光變的起源，吸積與噴流的關(guān)系,從而探索Blazar的中心發(fā)動機(jī)的物理本質(zhì)觀測與理論相結(jié)合（1）項(xiàng)目的特色（2）項(xiàng)目的創(chuàng)新之處對Blazar天體的結(jié)構(gòu)、演化、黑洞的質(zhì)量、能源輻射機(jī)制等重大難題可能有所突破從光變觀測分析到黑洞性質(zhì)研究從光變到噴流研究從光變到黑洞吸積研究（2）項(xiàng)目的創(chuàng)新之處研究高能輻射區(qū)的物理性質(zhì)完善Blazar天體高能Gamma射線輻射模型可望從觀測數(shù)據(jù)中直接得到對理論模型參數(shù)的限制解決Blazar天體高能Gamma射線輻射區(qū)和輻射機(jī)制的問題本項(xiàng)目組每年能申請獲得麗江2.4米望遠(yuǎn)鏡,云南天文臺1米望遠(yuǎn)鏡和上海天文臺1.56米望遠(yuǎn)鏡近50天的觀測時間，可以用麗江2.4米望遠(yuǎn)鏡及國臺2.16米望遠(yuǎn)鏡對重點(diǎn)樣品進(jìn)行光譜觀測密切關(guān)注費(fèi)米衛(wèi)星觀測到的LBL和FSRQ源，重點(diǎn)監(jiān)測這些源的光學(xué)爆發(fā)，理論計(jì)算這些源在GeV波段的光變特性，預(yù)期與費(fèi)米衛(wèi)星的觀測結(jié)果對比，研究高能輻射區(qū)的物理性質(zhì)利用多波段的短時標(biāo)、中時標(biāo)和長時標(biāo)光變資料，由光變探討B(tài)lazar天體的黑洞吸積流，同時也探討吸積與噴流的關(guān)系。將通過CCD測光和卡焦光譜觀測，系統(tǒng)地研究Blazar天體的各種時標(biāo)光變特性和輻射機(jī)制，同時結(jié)合理論模型研究，探討B(tài)lazar天體的質(zhì)光關(guān)系、Blazar天體的演化、星系級黑洞/雙黑洞的質(zhì)量和輻射區(qū)關(guān)系.（3）擬采取的研究方案我們對活動星系核的光變與超大質(zhì)量黑洞研究，已經(jīng)取得了一批具有國際影響的成果，我們與云南天文臺合作共建了云南省級重點(diǎn)學(xué)科“天體物理學(xué)科”，該學(xué)科是具有區(qū)域優(yōu)勢的才培養(yǎng)基地。我們可以申請使用云臺1米、國臺2.16米及上海1.56望遠(yuǎn)鏡、國內(nèi)射電望遠(yuǎn)鏡等國家中小型望遠(yuǎn)鏡，使其為本項(xiàng)目所用。項(xiàng)目合作方劉碧芳在活動星系核光變分析與吸積的理論模型研究方面有雄厚的基礎(chǔ)。（4）可行性分析1.與本項(xiàng)目相關(guān)研究工作條件與積累2.取得的成果四、研究基礎(chǔ)與條件1.與本項(xiàng)目相關(guān)研究工作條件與積累（1）項(xiàng)目組10多年前開始利用國內(nèi)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行光變研究，通過長期的觀測，獲得了大量的觀測資料，并逐步開發(fā)了光變分析的工具，研究了Blazar天體中的各種時標(biāo)光變特性，得到了一些觀測新發(fā)現(xiàn)；同時開展了理論研究，根據(jù)輻射模型編寫了Blazar天體多波段能譜的計(jì)算機(jī)程序，獲得一些原創(chuàng)性成果，近幾年來，發(fā)表30多篇SCI論文，引起了國際同行的廣泛重視，論文被他人SCI論文引用250余篇次，有的論文單篇被獨(dú)立引用達(dá)30多篇次，這些為本項(xiàng)目的實(shí)施打下了基礎(chǔ)。（2）我們與云南天文臺合作共建了云南省級重點(diǎn)學(xué)科“天體物理學(xué)科”，我們的天文學(xué)一級學(xué)科碩士點(diǎn)是西部高校中唯一的碩士點(diǎn)。我們建立了國內(nèi)高校中具有西部區(qū)域優(yōu)勢的人才培養(yǎng)基地。為實(shí)施本項(xiàng)目的人才培養(yǎng)提供了條件。本項(xiàng)目主要依靠的云南天文臺麗江2.4米、60cm望遠(yuǎn)鏡、鳳凰山1米望遠(yuǎn)鏡完成，這些望遠(yuǎn)鏡都是開放設(shè)備且性能良好，地處云南，觀測便利。本項(xiàng)目還將利用北京的2.16米望遠(yuǎn)鏡和上海的1.56米望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測，該望遠(yuǎn)鏡是開放設(shè)備，運(yùn)行良好。2.4米、2.16米望遠(yuǎn)鏡都配有卡焦光譜儀，性能良好、觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量很高。為本項(xiàng)目的實(shí)施提供了便利上海天文臺1.56米望遠(yuǎn)鏡云南天文臺1.05米望遠(yuǎn)鏡

麗江2.4米望遠(yuǎn)鏡研究隊(duì)伍正高級3人：張雄、馬力、劉碧芳副高級2人：鄭永剛、王黎智中級3人：張皓晶、溫元斌、喬二林博士研究生4人：黃邦蓉、毛李勝……碩士研究生8人：熊定榮、郭飛……申請人張雄

中國科學(xué)院云南天文臺博士,1997年任云南師大教授，博士生導(dǎo)師，2000年中國科學(xué)院北京天文臺博士后。現(xiàn)任云南省物理學(xué)會副理事長，云南省物理教育學(xué)會理事長。以第一作者在AJ、ApJ、A&A等刊物發(fā)表38篇SCI論文，被國內(nèi)外同行學(xué)者的SCI檢索的論文引用252多次。有國外研究工作經(jīng)歷.本項(xiàng)目總體負(fù)責(zé)

申請人張雄的代表作：Zhang,X.,Zheng,Y.G.,Hu,S.M.:CCDphotometryandopticalvariabilityoftheBLLacertaeobjectH0323+022:THEASTROPHSICALSUPPLEMENTSERIES,2008,174,111

Zhang,X.,Zheng,Y.G.,Zhang,H.J.,Liu,Y.,Wen,Y.B.,Wang,W.CCDphotometricmonitoringoftheBLLacertaeobjectS50716+714from2001to2006:TheAstronomicalJournal,2008,136,1846Zhang,X.,Zheng,Y.G.,Zhang,L.,Zhang,H.J.OpticalCCDphotometryofthevariabilityoftheBLacertaeobjectON231inalowstate,:Astron．Soc．Japan，2008,60,145Zhang,X.,Zhao,G.,Zheng,Y.G.,Ma,L.CCDPhotometryandOpticalVariabilityofGamma-Ray-LoudBlazarsertaeObjectOJ287inaLowFainterStateTheAstronomicalJournal.2007,133,1995Zhang,X.,Zhao,G.Opticalmonitoringthreesampleofgamma-ray-loudBlazarsertaein1999-2002TheAstronomicalJournal,2004,128,1929Zhang,X.,Chang,K.S.,Zhao,G.,Hu,S.M,Correlationbetweenthegamma-rayandthenear-infraredemissionsfromgamma-ray-loudblazersinthelowstateASTROPHYSANDSPACESCI,2003,286,323Zhang,X.,Xie,G.Z.,Zhao,G.,CCDphotometryandlong-termopticalvariabilityof3C345ASTROPHYSANDSPACESCI,2000,271,1Zhang,X.,Xie,G.Z.Ahistoricallightcurveof3C345anditsperiodicanalysisASTRONOMYANDASTROPHYS,1998,330,469Zhang,X.,Xie,G.Z.,Zhao,G.,AstudyofthemassiveblackholeinthecenteroftheBlazarsobjectMark421,ACTAPHYSSIN-CHED,2000,49,379Zhang,X.,Zhao,G.,Xie,G.Z.,Gamma-rayandX-rayemissionfromgamma-ray-loudblazarsCHINESEPHYSICS,2001,10,568第一作者教材、教參、譯著、專著共15部，最具代表性的書有：1、《物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究》科學(xué)出版社，32萬字，2001年出版，張雄、王黎智、馬力、伊繼東編著。獲云南省教育廳2002年優(yōu)秀著作獎。2、《物理實(shí)驗(yàn)手冊》云南科技出版社，26萬字，1999年出版，[英]F.泰勒著，張雄、伊繼東等譯。3、《分光儀上的設(shè)計(jì)與綜合性物理實(shí)驗(yàn)研究》，科學(xué)出版社，17.7萬字，2009年出版，張雄等編著。獲云南省教育廳2011年優(yōu)秀著作獎。4、《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教程》，科學(xué)出版社，３０萬字，2008年出版，張雄。

（2）主持完成的代表性項(xiàng)目：

（1）張雄主持完成國家自然科學(xué)基金（1998年獲準(zhǔn)，項(xiàng)目編號：19963001）2004年結(jié)題（2）張雄主持完成國家自然科學(xué)基金（2004年獲準(zhǔn)，項(xiàng)目編號：10363002）2007年結(jié)題（3）張雄主持完成國家自然科學(xué)基金（2006年獲準(zhǔn)，項(xiàng)目編號：10663002）2009年結(jié)題（4）張雄主持完成國家自然科學(xué)基金（2007年獲準(zhǔn)，項(xiàng)目編號：10763002）2010年結(jié)題（5）張雄主持完成國家教育部重點(diǎn)科學(xué)研究基金（2002年獲準(zhǔn)，項(xiàng)目編號：2142）2005年結(jié)題，評價等級：優(yōu)（6）張雄主持完成云南自然科學(xué)基金（項(xiàng)目編號97A017M）2000年結(jié)題，評價等級為：優(yōu)（7）張雄主持完成云南自然科學(xué)基金（項(xiàng)目編號01A0028M）2005年結(jié)題，評價等級為：優(yōu)（8）張雄主持完成云南師范大學(xué)與云南天文臺合作建設(shè)省

級天體物理重點(diǎn)學(xué)科（

項(xiàng)目編號：2004CD005）

2006年結(jié)題。評價等級：優(yōu)（9）張雄主持完成云南自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目：Blazar的中心核結(jié)構(gòu)與演化（項(xiàng)目編號：2008CC011），2011年結(jié)題我校建校幾十年從未獲得過國家基金重點(diǎn)項(xiàng)目的資助，這次入圍答辯，希望得到大家支持。

（3）最具代表性的獎有：

1.云南省人民政府2001年度科學(xué)技術(shù)獎（自然科學(xué)類）一等獎；（謝光中第一，張雄排名第四）；2.云南省人民政府2004年度科學(xué)技術(shù)獎（自然科學(xué)類）二等獎；（張雄排名第一）；3.云南省人民政府2010年度科學(xué)技術(shù)獎（自然科學(xué)類）二等獎；（張雄排名第一）；4.國家級優(yōu)秀教學(xué)成果二等獎(2009年度國家教育部)（張雄排名第一）；5.云南省人民政府2009年度云南省高等學(xué)校優(yōu)秀教學(xué)成果一等獎（張雄排名第一）；6.云南省人民政府2007年度云南省高等學(xué)校教學(xué)名師獎（張雄獨(dú)立)；7.云南省人民政府2009年獲云南省教育功勛獎（張雄獨(dú)立）8.云南省高等學(xué)校2004年度優(yōu)秀教學(xué)成果二等獎(云南省教育廳)（張雄排名第一）。

項(xiàng)目核心成員簡介

馬力，教授，博士，云南省中青年學(xué)術(shù)技術(shù)帶頭人后備人才，在國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文共10多篇，出版專著1部，獲獎成果共8項(xiàng)；目前主持承擔(dān)項(xiàng)目共2項(xiàng)；主要研究論文如下：Ma,

L.,Xie,

G.

Z.,Yi,

T.

F.,Zhou,

S.

B.,Li,

K.

H.,Zhang,

X.,Dai,

H.CCDphotometryoffiveX-rayselectedBLLacertaeobjects,2010,Ap&SS,327,35.Ma,

L,Chen,

Luo-En,Xie,

G.

Z.,

Mei,

Dong-Cheng.EffectsofRedshiftontheClassifyingCriteriaofBLLacertaeObjects.2007,ChJAA,7,345.Ma,

L.;Xie,

G.

Z.;Zhou,

S.

B.;Chen,

L.

E.;Ding,

S.

X.;Dai,

H.;Wu,

H.;Xie,

Z.

H.aNewAnalysisoftheMedium-TimescalePeriodicityins50716+714,2004,IJMPD,13,659.馬力主持完成有中國科學(xué)院“西部之光”1項(xiàng)目,主持完成國家自然科學(xué)基金1項(xiàng)目。項(xiàng)目核心成員簡介

鄭永剛，博士，副教授，云南省中青年學(xué)術(shù)技術(shù)帶頭人后備人才，主持國家自然科學(xué)基金1項(xiàng)、省部級項(xiàng)目1項(xiàng)，在物理學(xué)主要刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)論文6篇。主要的代表論文如下：1、Zheng,

Y.

G.;Zhang,

X.;Bi,

X.

W.;Hao,

J.

M.;Zhang,

H.

J.Long-termopticalspectravariabilityofBLLacertaeobjectOJ287，2008,MNRAS,385,823.2、Zheng,

Y.

G.;Zhang,

X.;Hu,

S.

M..,Thebroadbandspectralindexofblazarsinalowstate,2007,Ap&SS,310,1.3、Zheng,

Y.

G.;Zhang,

X.;Bi,

X.

W.,OpticalSpectraofFourBLLacertaeObjects,2007,PASP,119,477.項(xiàng)目組合作人劉碧芳中國科學(xué)院云南天文臺博士，日本京都大學(xué)博士后，德國洪堡學(xué)者，2004年獲中國科學(xué)院百人計(jì)劃“引進(jìn)海外杰出人才”支持，云南省學(xué)術(shù)與技術(shù)帶頭人?，F(xiàn)任國家天文臺研究員