射电噪AGN的光变对称性观测及谱指数数值模拟研究

发布时间：2020-06-02 09:07

【摘要】：活动星系核(AGN)是一类中央核区活动性很强的河外星系的核心,具有剧烈的光变和明显的谱演化特性。射电噪AGN是活动星系核的一个子类,数目大概占所有活动星系核的10%,具有显著的喷流活动,其研究一直是活动星系核研究中最活跃的领域之一。射电噪AGN包括射电星系,耀变体(Blazar)和射电噪类星体,其辐射的光变主要源于喷流中相对论性等离子体流的物理变化。通过对射电噪AGN的相对论喷流的数值模拟研究以及对耀变体光变特性的观测分析,有利于更深入的认识影响喷流形态分布的物理因素及喷流内部的物理机制,对了解活动星系核及其喷流的物理机制和结构具有重要的科学意义。目前对于河外射电源喷流的模拟研究工作很多,但主要是对二维相对论喷流的数值模拟研究,对三维相对论喷流形态的模拟研究、喷流光变曲线的估算以及相关功率谱特性的研究则比较少。本论文的前半部分工作主要对射电噪AGN的三维相对论性喷流的形态结构及谱指数特性进行了数值模拟研究。我们采用Athena流体动力学程序共模拟了54个三维的传播的相对论性喷流,其中决定喷流模拟形态的两个主要参数为:注入喷流速度(vj)和喷流与周围物质的密度比(η)。通过模拟分析,我们得到不同参数值与射电星系形态结构之间的相关关系。vj越小且(或)η越小时,模拟越易产生不稳定的喷流,即具有类似于喷流占主导的Fanaroff-RileyⅠ(FR Ⅰ)型射电星系的形态;vj越大且(或)η越大时,模拟越易产生具有热斑的稳定喷流,即FR Ⅱ型射电星系的形态。该工作主要集中于对长距离的稳定传播喷流的模拟研究,其传播距离可达60～240倍的初始喷流半径。如果将该尺度缩小至甚长基线干涉技术(very long baseline interferometry,VLBI)观测的范围,该模拟喷流中的扰动将产生观测时间跨度长达几个月的辐射变化。利用模拟得到的喷流密度,压强和速度参数,我们估算了喷流中辐射的光变曲线,并发现该光变曲线所具有的活跃期和宁静期的光变现象与Blazar的光变曲线类似。依据该光变曲线,我们还分析了相应的功率谱特性,其谱指数范围为-2.1～-2.5,与前人对活动星系核的功率谱谱指数的研究结果相吻合。Blazar天体是喷流方向几乎指向观测者的射电噪AGN,它在全电磁波段都具有快速且大幅度的光变。光变特性主要包括光变时标、光变偏振度、光变对称性、光变过程中谱形的变化、不同波段间光变的相关性等。目前对于光变对称特性的统计研究主要是关于类星体和Seyfert星系的研究分析,而Blazar天体的光谱和辐射特性不同于类星体,具有更快更强的光变现象,可能存在不同的光变对称特性。对单一源长期观测数据的分析研究可以更好地了解Blazar天体喷流中光变的起源以及物理模型的建立。本论文的后半部分工作主要对Blazar S5 0716+714和W2R 1926+42两个天体的光变对称特性进行分析研究。我们采用双指数函数的形式将Blazar天体的光变曲线分解成多个独立的耀发并分析该耀发的形态分布。结果表明,S5 0716+714和W2R 1926+42天体的光变耀发大部分以非对称的形态分布,且都存在弱的正不对称特性(即上升快、下降慢)。对于产生该非对称光变特性的物理机制很难用光行时效应解释,我们认为可能是由相对论性喷流中高能粒子的加速和耗散时标的差异导致的。耀发的持续时间和峰值流量的分布均满足lognormal函数的形态,该分布现象可以用“minijet in jet”模型解释。依据拟合得到的相关参数我们还估计了Blazar天体的喷流中辐射区域的范围,得到:S5 0716+714天体短时标(short term variability,STV)的光变辐射区域尺度为2.4 × 1016～3.3 × 1018cm,天量级时标(intraday variability,IDV)的光变辐射区域尺度为6.6 × 1014～4.8 × 1016cm;W2R 1926+42天体喷流内辐射区域的尺度为1.1 × 1015cm～6.6 × 1016cm。采用Lomb-Scargle周期图的方法,我们对W2R 1926+42天体光变的功率谱进行了分析,结果表明该功率谱可以很好的用幂律分布形态表示,同时我们得到其谱指数平均值为-1.44。
【图文】：

活动星系核

１．１．３邋ＡＧＮ的统一模型逡逑不同类型的ＡＧＸ具有不同的观测特征，为了系统地解释这些现象，Ｕｎｙ＆逡逑Ｐａｄｏｖａｕｉ邋（１９９５）提出了ＡＧＮ的统一模型（如图１．２），即“黑洞－吸积盘－喷流模逡逑型”。该模型包括：逡逑超大质量黑洞（ＳＭＢＨ）：活动星系核的‘‘中央引擎”是一个超大质量黑逡逑洞，其质量范围为１0６？１０１（）Ｍ0。逡逑吸积盘（Ｄｉｓｋ）：由于黑洞存在角动量，环绕在黑洞周围的物质可以旋转逡逑形成吸积盘。吸积盘通过耗散作用不断地损失角动量并释放出巨大的能量，从逡逑而产生类似于黑体辐射的能谱。依据不同的吸积率，，ＡＧＮ会产生不同的吸积逡逑盘，如径移主导吸积流（ＡＤＡＦ）、标准薄盘、细盘等。逡逑宽线区（ＢＬＲ）：距离中心黑洞尺度约为Ｏ．Ｏｌｐｃ？ｌｐｃ，主要由光学厚的孤逡逑立云团组成。由中心区域发射的光子被宽线区的云团吸收后会产生宽的发射逡逑线。逡逑窄线区（ＮＬＲ）：距离中心黑洞尺度大概有几百到几千个ｐｃ，由低密度气逡逑

示意图,活动星系核,模型,喷流

逦山东大学博士学位论文逦逡逑尘埃环（Ｔｏｒｕｓ）：距离中心黑洞尺度约为Ｏ．ｌｐｃ？１０ｐｃ，由与宽线区类似逡逑的云团构成，且结构呈轴对称分布。逡逑喷流（Ｊｅｔ）：沿吸积盘法线方向传播，主要由高能光子和离子构成。可将逡逑吸积的物质以相对论性速度传送到ｋｐｃ甚至Ｍｐｃ的距离。在射电噪ＡＧＮ中喷流逡逑现象更为显著。逡逑
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P157.6

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