Blazar天体的光变及中心结构研究

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本文对活动星系核的基本性质、分类、产能机制以及统一模型作了比较全面的综述,同时也对Blazar天体特性以及光变研究作了详细的论述,并对Blazar天体的辐射机制和理论模型作了评述。之后,详细介绍本人关于Blazar天体的研究工作。   喷流与吸积过程的关系是活动星系核研究领域尚未解决的基本问题之一。作为活动星系核的一个重要子类Blazar天体,其喷流指向地球,观测到的辐射主要来自喷流。而宽线区主要由吸积盘照亮并电离,因此,研究喷流辐射与宽线辐射之间的关系为我们探讨喷流和吸积过程的关系提供了一种可行的方法。为此,我们从文献中搜索了包含50个Blazar天体的样本,其中39个是平谱射电类星体,11个是BL Lac天体,它们都有多波段的辐射流量数据,也有宽线的流量数据。通过研究发现宽线辐射FBLR分别与射电、光学以及X射线辐射的相关性很强,且回归方程的斜率(约等于1)与理论计算的结果一致。基于这个样本的统计结果以及理论计算结果,我们得到以下的结论:Blazar天体的喷流和吸积盘的紧密关联导致FBLR与多波段辐射流量显著相关;BL Lac天体是吸积率(η)相对较低的Blazar天体子类;平谱射电类星体是吸积率(η)较高的Blazar天体子类;喷流与吸积盘的关联不依赖于Blazar天体的辐射状态。我们的统计分析结果与Ghisellini等人的理论结果相符合,这也暗示了喷流的形成与中心Kerr黑洞的吸积之间有着紧密的联系。然而,对于39个平谱射电类星体,FBLR与各个波段的辐射的相关性都很强,而对11个BL Lac天体,FBLR与这些波段的辐射的相关性比较弱。这些统计结果也支持中心核区的光学、紫外以及X射线辐射给宽线区提供能量,所以有更多的光学、紫外以及X射线辐射就有更大的宽线区辐射流量(FSLR)。Blazar天体的喷流辐射是高度聚束和多普勒放大的,照射到宽线区的X射线有一部分来自喷流也是可能的。即使喷流的同步辐射主导着X射线辐射,作为平谱射电类星体,其宽线区的宽线辐射必须足够地亮并超过同步连续谱,因而导致了它们的相关性比较强。这也可以解释我们得到的关于BL Lac天体的相关性比较弱。此外,射电辐射强烈地依赖于有相对论聚束效应喷流辐射,但光学、紫外以及X射线辐射依赖于未聚束的吸积盘辐射和聚束(beamed)的喷流辐射,而宽线区辐射主要依赖未聚束的吸积盘辐射。因此,我们得到了FX与FBLR之间以及FO与FBLR之间的显著相关性。以上各种强相关以及相关性强弱的不同暗示着喷流与吸积盘的紧密关联。   星系并合是宇宙中常有发生的事。作为星系演化的一个阶段的Blazar天体,其中心有可能存在星系并合后留下的双黑洞结构。为此,我们对一个具体的Blazar天体,PKS1510-089,研究了其中心超大质量双黑洞系统的周期以及结构。通过Jurkevich方法、功率密度谱方法以及离散自相关函数方法我们得到了相互印证的光变周期结果。这些结果的平均值显示在PKS1510-089的37GHz和22 GHz射电光变曲线中有两个爆发,周期分别为:p1=0.92±0.04年和p2=1.82±0.12年。这与光学波段的亮度极小值的周期0.92±0.03年和1.84±0.10年相一致。此外,有趣的是p2≈2p1。这似乎表明PKS1510-089的光学波段流量极小值的周期与射电波段的爆发周期是一致的,同时也表明这两个周期现象有着相同的物理起源。假定PKS1510-089的中心存在超大质量双黑洞,则次黑洞会在每个轨道周期里穿过主黑洞的吸积盘两次,这会导致两个准周期,因此,PKS1510-089的爆发能量可以用次黑洞与主黑洞的吸积盘之间相互作用释放能量来解释。在另一方面,根据AGN双黑洞模型或者双星理论,每个周期中次黑洞可以掩食主黑洞,导致一个准周期的流量极小值,而主黑洞也可以掩食次黑洞,也会导致一个准周期的流量极小值。次黑洞本身的辐射能量应该也是通过引力吸积释放的能量转换而来,这就意味着次黑洞有吸积盘。
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