特殊天體的發現可能有重要的提示意義和重要的研究價值,因為一些普適的、本質的規律有可能在特殊型別天體中反映得更充分,並且特殊型別天體也可以用於檢驗規律的適用範圍。最近幾十年,活動星系核(agn)和其**引擎超大質量黑洞(smbh)的研究有極大的進展,然而還有一些問題沒有搞清楚。
本文將從三個特殊的agn的研究出發,討論與smbh吸積盤的熱輻射、反衝的smbh以及agn的核區、星際乃至星系際環境氣體物理性質和起源。第乙個問題是smbh吸積盤的熱輻射。
吸積盤的標準模型預言了黑洞吸積盤的熱輻射譜。吸積盤的熱輻射已經在恆星級黑洞雙星的x射線(x-ray)觀測中得到了證實,然而對於agn中的smbh吸積盤,觀測證據還不充分。
一般認為agn的x-ray輻射主要來自於吸積盤之上的冕區而不是直接來自吸積盤。不過,對於質量稍小的中等質量黑洞,情況有可能不同。
本文詳細研究的第乙個特殊agn,rxj1301.9+2747是乙個塞弗特星系,我們根據光學光譜估計其中心黑洞質量約為8 ×105太陽質量。其x-ray光譜非常軟,譜指數達到了 7,遠高於一般的agn的接近2。
我們發現其x-ray光譜可以由乙個黑體輻射主導的模型描述,模型中的的黑體溫度為30到40 ev,和吸積盤模型**值吻合。另一方面,rx j1301.9+2747的x-ray光變曲線顯示其會出現爆發態,持續時標1到2千秒,在爆發態流量會上公升5到7倍,並且x-ray輻射會變硬。
這種爆發態在約20 ks的時標上重複出現,並且在間隔9年的xmm和chandra觀測中都出現了這種現象。這種光變現象非常罕見且有趣,原因尚不明確,值得後續研究。
第二個問題是搜尋和研究反衝的smbh。一般認為星系的並合會伴隨著smbh的並合,並合後的smbh可能因為不對稱的引力波輻射而獲得反衝速度。
數值相對論模擬發現這種反衝速度可能達到幾千kms-1,使合併後的smbh脫離星系中心。目前,還沒有明確的反衝smbh存在證據。
我們找到了乙個候選者類星體sbs 1421+511,其balmer寬發射線呈現了向藍端傾斜的輪廓。我們發現其寬發射線可以用乙個相對窄發射線有1400 km s-1整體藍移速度的圓盤輻射模型很好的擬合。
這個藍移速度可以解釋成反衝速度,也可以解釋成雙黑洞的繞轉速度,不過後一種解釋和寬發射線輪廓在十五年的三次監測中速度幾乎不變的觀測事實矛盾。寬發射線輪廓還存在一些其他可能,需要進一步觀測來排除。
第三個問題是用吸收線研究agn環境中的介質。類星體lbqs 1206+1052具有兩套吸收線,分別相對窄線藍移700 km s-1和1400 km s-1。
兩套系統都具有mgⅱ和heⅰ*吸收線,而第一套**現了非常罕見的balmer吸收線。balmer吸收線一般示蹤高密度介質,所以第一套吸收線對應的吸收氣體也很可能具有較高的密度。
我們對類星體的光譜監測顯示兩套吸收線都存在吸收強度的變化。我們用了乙個簡化模型——吸收氣體的電離狀態發生了變化並且其他所有物理引數不變——再現了所有的觀測資料,並且模型推算的電離引數變化和光變曲線顯示的連續譜變化一致。
此外,吸收體移動的模型不能解釋所有觀測資料。因此我們認為lbqs 1206+1052中的吸收線變化是光致電離驅動的。
模型顯示藍移700kms-1的吸收氣體密度為109到1010cm-3,到**黑洞的距離約為1 pc。這個研究對兩個方向的研究有重要提示意義,一是可以對乙個he ⅰ*吸收線樣本進行光譜和測光監測,解決吸收線光變是電離狀態變化還是吸收體移動導致這個問題;二是可以對balmer吸收線樣本進行監測,這有助於確定吸收體的位置和物理引數,進而可以系統性的研究agn環境中高密度介質的分布。
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