星系中心的低质量黑洞和寄主星系性质研究

发布时间：2018-11-03 19:14

【摘要】：近邻星系的恒星和气体动力学观测证明超大质量黑洞广泛存在于星系中心,这些黑洞的质量在几百万个到几十亿个太阳质量之问,并且黑洞质量与经典核球的恒星速度弥散、质量、光度等存在很好的相关性,那么这些超大质量黑洞是如何从“种子”黑洞成长起来并且建立起与寄主星系的相关性的?围绕这个问题,我们对位于星系中心处于质量低端的黑洞和其寄主星系做了一些研究。我们从SDSS DR4的星系光谱数据库里选出了一个低黑洞质量的Seyfert1性系样本,相比前人的结果在低爱丁顿率端明显更加完备。,为了深入理解这类源,我们对样本中的个源UM625做了多波段的细致研究。根据Hα宽线位力平衡假设估计的黑洞质量为1.6×106M⊙。它有近紫外、近红外和光学的HST图像,另外还有X射线和射电的探测,是进行全波段分析的理想对象。通过对UM625的SDSS和HST图像进行二维结构分解,我们发现它是由伪核球主导的SO星系,其中有一个恒星正在形成的围绕核的半环结构(150-400pc尺度),从紫外光度估计的恒星形成率～0.3M⊙每年。综合多波段数据,我们作出了UM625的活动星系核(AGN)以及寄主星系的光谱能量分布(SED),得到热光度Lbol≈(0.5-3)×1043erg s-1以及爱丁顿率Lbol/LEdd≈0.02-0.15,这是继NGC4395,POX52和NGC4051之后第四个进行宽波段SED分析的低质量黑洞源。它X射线偏弱(αox=-1.72)和射电偏强(FIRST有探测)的性质都比较特殊,也暗示AGN在低质量端性质的多样性。与其他低质量黑洞类似,UM625基本遵循超大质量黑洞-经典核球定义的MBH-σ*关系,但在MBH-Lbulge关系上有显著偏离。我们还尝试利用已有的多波段数据寻找近邻星系中的“种子黑洞”候选者。在无核球星系NGC3319中心我们发现了一个XMM-Newton探测到的X射线点源,2-10keV光度只有1.4×1039erg s-1,另外核区在HST紫外图像上也呈现为不可分辨的点源结构。这个星系没有任何意义上的核球(包括伪核球),但有致密的核区星团,地面望远镜的光学光谱完全被星光主导,看不出黑洞活动的迹象。如果假设X射线和紫外点源辐射来源相同,紫外到X射线的SED很像一个低光度高吸积率的AGN,据此估计的黑洞质量只有几千个太阳质量。由于目前观测数据受空间分辨率的严重限制,紫外辐射还受到核区星团的污染,X射线辐射也并不能完全排除来自一个偏离核区的极亮X射线源,因此需要Chandra高分辨率观测来验证X射线点源位置是否在星系中心。如果观测证实,这很可能是目前在星系中心发现的质量最低的黑洞之一,我们将继续申请后续观测来尝试测出黑洞质量。NGC3319是一个带有明显棒结构的漩涡星系,伪核球尚未形成,它对于我们对黑洞与寄主星系共同演化的极早阶段的理解很有帮助。窄线Seyfert1星系一般认为是黑洞质量相对比较低的高吸积率的AGN,绝大多数都是射电宁静的。然而之前的研究显示它们中极少部分却是射电噪的,关于这些源的射电起源一直存在争议。我们利用释放的WISE红外巡天数据第一次系统考察了射电噪的窄线Seyfert1(RL-NLS1)的红外光变,发现有两个源在天时标内有快速光变,还有一个源的光变时标也小于180天,光变幅度大约0.1-0.2星等,光变时标对应的物理尺度都小于尘埃环,表明红外辐射很可能由来自喷流底部的同步辐射主导。另外还发现这三个源都已经被费米空间望远镜报导发现了伽玛射线波段的辐射,因此可以确认这三个源确实存在很强的沿着我们视线方向的相对论性喷流。利用更新的RL-NLS1样本和最新的WISE数据,我们又发现了两个在190天时标以内表现出红外光变的源,另外至今被报道有伽玛射线探测的源已经增加到8个。这些源都以极强的证据表明黑洞在高吸积率的早期快速增长阶段也能产生强烈的喷流反馈,这对传统的喷流产生机制提出了挑战,也说明AGN的反馈比一般认为的更加普遍,这对我们理解超大质量黑洞与寄主星系的共同成长与演化也有所启迪。另外我们还将计划或正在开展申请低质量黑洞核区环境气体动力学的IFU观测,RL-NLS1的寄主星系,以及Ⅰ型和Ⅱ型AGN演化联系方面的研究,都旨在促使我们进一步理解(超大／低)质量黑洞与寄主星系的共同成长与演化的更多细节。
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【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P152;P145.8

【参考文献】