上海天文台在黑洞活动性基本面研究中取得进展

[ 录入者:zhangms | 时间:2016-10-20 13:23:09 | 作者:左文文 | 来源:中国科学院网站 | 浏览:1628次 ]

活动星系核和黑洞X射线双星是高能天体物理的重要研究方向。人们发现,它们的黑洞质量、X射线光度(光度指发光本领)、射电光度之间在对数空间里存在非常简单的线性相关。这个相关关系被称为黑洞活动性的基本面(Fundamental Plane)关系,对研究活动星系核反馈、喷流的形成机制等具有重要的理论意义。中国科学院上海天文台副研究员谢富国、研究员袁峰及其合作者在此领域开展了一系列工作,他们发现了首个符合拐折型相关关系的活动星系核NGC 7213,证实了他们早期对射电-X射线三段式相关关系的理论解释。目前该工作即将发表在《皇家天文学会月刊》(MNRAS)上。

在基本面研究中,黑洞双星具有得天独厚的优势。它们的演化时标较短,往往会发生多次爆发。在爆发过程中它们的射电光度和X射线光度有非常剧烈的变化,因此可以用来研究基本面关系里的一个重要组成部分,即(单个源的)射电-X射线光度之间的相关(图1的蓝色实线)。

近年来,在发现了大量符合标准基本面关系的源以外,人们也在黑洞双星中发现了一些特殊的源(例外源,outlier),这些源的射电-X射线相关关系符合比较复杂的三段式相关关系(图1),即在光度较高时呈现较陡的相关关系,在光度适中时呈现较平的相关关系,而在光度较低时会回到标准的相关关系上。

“我们团组从耦合的吸积-喷流理论这一主流理论模型出发,结合最新的理论进展,揭示了不同相关关系的区别与联系。”袁峰介绍。谢富国进一步解释,三段式相关关系存在的意义在于这些源在爆发时完整地对应于黑洞热吸积过程的三个阶段,即冷却非常无效的热态、冷却显著的热态、冷却极度重要的冷热气体混合态。而对符合标准相关关系的天体源来说,在爆发过程中主要只对应于其中一个态。

“随后,我与波兰哥白尼天文研究所Andrzej A. Zdziarski教授,厦门大学马任意,以及我台研究生杨其祥等国内外同行一起,发现了首个符合拐折型相关关系的活动星系核NGC 7213。”谢富国表示,“由于活动星系核的演化时标极其漫长,我们收集了近30年对该类星体的观测数据。”他们发现这个源在过去三十年内似乎可以看成处于爆发的消退期。在过去十年内的射电-X射线相关关系比较平,而在70-90年代少量观测则表明其处于较陡的射电-X射线相关关系(图2)。与此同时,他们还检验了该系统的X射线光谱性质的变化以及其多波段的光谱,并发现跟早期他们的理论预期完全一致。

 图1:符合不同射电-X射线相关的源,其中蓝色实线对应于标准相关关系;红色实线及虚线对应于三段式的拐折型相关关系。

图2:射电-X射线相关关系

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