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硬X射线调制望远镜(HXMT)是我国自主研制的第一颗天文卫星,定于2011年前后发射,将实现我国空间天文卫星零的突破,对促进我国天文学,尤其是X射线天文学的发展具有非常重要的意义。本文作者利用已有的国外硬X射线卫星数据先行就HXMT的可能科学目标进行分析,展开与HXMT相关的硬X射线天文研究。
迄今为止,X射线卫星共发现硬X射线源～1000颗,主要分为三类:X射线双星(XRB),活动星系核(AGN),未认证硬X射线源(Unclassified Hard X-raySource,简写为UHS)。本文选取了比较有特点的几个硬X射线源,通过分析其能谱、光变等信息,研究硬X射线爆发演化、辐射机制等问题。
亮的X射线源一般是距离我们比较近的X射线双星系统。我们在对2005年发现的小质量X射线双星IGR,J17473-2721.的RXTE数据进行分析,研究其从低硬态到高软态,再到低硬态,最后回到平静态的整个演化过程。发现在高软态之前,此系统维持在低硬态长达2个月,说明在这段时间里伴星通过吸积盘稳定的提供了吸积物质,吸积盘的蒸发和向内流动达到平衡,这是继黑洞双星GX339-4后,首次发现中子星系统也能在爆发期间长时间里维持在超前的低硬态。
在研究IGR.J17473-2721长时标光变和能谱的同时,我们也分析了爆发期间的18个Ⅰ型X射线暴,发现其中3个暴具有光球扩展现象,据此更好的定出距离。我们发现暴的持续时间和爱丁顿率正相关,认为这是由参与核燃烧的物质组成决定的。并以0.05个爱丁顿率为分界点,在τ-γ图上得到两条平行的直线,每条直线都以光球扩展暴结束。在爆发过程中最后几个暴的黑体辐射流量和黑体半径反相关。在对2009年9月INTEGRAL发现的新源IGR,J17511-3057进行RXTE数据分析时,发现爆发期间的6个Ⅰ型暴中也存在类似的现象,并根据流量最高的暴给出了距离的上限。上述现象给我们提供了研究中子星爆发和Ⅰ型暴演化的更多线索。
对于黑洞双星系统,由于黑洞比中子星少了硬表面,没有磁场,其观测现象也相对简单一些。我们在对IGR,J17098-3628的INTGRAL硬X射线和RXTE软X射线的观测数据进行分析时,发现硬X射线的爆发较软X射线的爆发早了大约两天,类似于XN1124-683等X射线新星,且在高态时能谱很软,具有小质量X射线黑洞双星的特点。一般认为是吸积率决定了黑洞双星态的转换,但对应的阈值尚未解决。在H1743-322的2009年的爆发中,爆发最强时硬度却不是很软,此源其他爆发的高软态和其他黑洞双星的高软态相比较硬。我们通过分析其能谱和光变,发现此次爆发的顶点刚刚步入高软态。之前的一次“failed outburst”的流强极点正好处于热成分和非热成分均分的状态,此时光度为0.1-0.2倍的爱丁顿光度。
双星系统中的致密星只有几倍太阳质量,而对于具有超大质量(>106M⊙)黑洞系统的活动星系核而言,其观测性质较双星系统有很大不同。就高红移FSRQ和引力透镜源PKS1830-211,结合XMM-Newton、INTEGRAL、COMPTEL和EGRET的观测数据,我们给出了最新的宽波段能谱,能谱能量分布图(spectralenergy distribution,SED)上鼓包大约在1 MeV附近。其20-250 keV的能谱在低能段出现能谱偏折,低能光子减少,可能是由于外康普顿辐射成分在低能段的内禀弯曲,也有可能是由引力透镜效应造成的。在引力透镜效应的框架下,我们对其宽能段的能谱结果进行了讨论。
以上研究的系统都比较亮,而对于一些新发现的弱源,由于显著性较低,其属性较确定。我们尝试对INTEGRAL观测到的两个未认证源IGR J16460+0849和IGR,J19405-3016结合INTEGRAL和Swift的观测进行了研究,对其属性给出了限制。
论文的最后部分,是对我们的工作的总结,以及就进一步拓展硬X天文研究的展望。