低光度活动星系核的射电干涉阵观测研究

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超大质量黑洞的吸积与反馈活动是天体物理中重要的物理过程。超大质量黑洞作为活动星系核的引擎,通过吸积周围的物质将引力能转换为辐射能,通过喷流、外流或者风的形式向星际介质反馈机械能。寄主星系和其中心黑洞无时不进行着相互作用共同演化。因此,了解黑洞的吸积和反馈的物理过程是了解星系的形成与演化中重要的一环。但目前对超大质量黑洞的吸积和反馈的物理过程并不清楚,这也一直是天体物理中的关键问题。近几十年来,对于超大质量黑洞的的观测取得了很多进展,例如:通过近邻星系的巡天发现低光度活动星系核在近邻活动星系核的样本中占有很大的比例;在这些低光度活动星系核中常常能观测到核区致密的X射线和射电辐射;以及发现这些源常常在多波段存在光变。根据黑洞的观测性质(多波段观测结果组成的宽带能谱分布,磁场等),人们逐步建立了黑洞吸积在辐射模式和喷流史瓦西模式下不同的理论框架。然而,这一框架中依旧有很多关键问题没有得到解决,例如:是否超大质量黑洞的射电辐射总有喷流的贡献,或者是否喷流的辐射主导着黑洞在射电波段的辐射?是否喷流进行地方向会在演化中发生变化?以及在黑洞附近产生耀变的物理意义是什么?本论文通过对距离很近的三个星系M31,M 32和M 104中心的低光度活动星系核的高分辨率的射电干涉阵的观测,讨论了以下两个问题:1)吸积极不活跃的超大质量黑洞的射电辐射性质;2)盘星系中喷流对星际介质的能量反馈。对这两个问题的研究可以给理论模型更多实际例子上的限制,从而进一步了解黑洞活动的物理过程。第二章中,我们通过使用Karl G. Jansky Very Large Array (JVLA)甚大阵射电干涉仪对M 31*进行了多历元的多波段的pc尺度的观测。我们分析了这些连续谱观测的结果,首次在10,15和20 GHz频率探测到致密的射电核,并且看到在6 GHz的图像中的致密的射电核周围存在沿着不同方向的延展结构。在2011到2012年问多次的观测,看到了M 31*的流量在6 GHz频率的流量变化,最短变化时标在6小时内出现了近40%的变化幅度,说明光变可能来自~20个史瓦西半径处。通过我们在多频率的观测结果,我们建立了6到20 GHz的谱能量分布,拟合(Sv,∝ α)得到谱指数α~-0.45,并由此推断射电辐射很可能是由喷流主导的。第三章中,M 32作为本星系群中的一个椭圆星系,其中心的超大质量黑洞是最近的超大的质量黑洞之一。我们利用JVLA干涉阵第一次探测到位于M 32星系核中心的一个致密射电源。这个射电源在中心频率6.6 GHz的流量密度是~47.3±6.1 μJy。我们讨论了这个射电源起源的可能性,认为它起源于超大质量黑洞的射电辐射。同时我们利用Chandra和XMM-Newton的X射线数据研究了这个超大质量黑洞的X射线辐射性质。第四章中,M 104 (NGC 4594)是一个大质量的的早型旋涡星系,也被称作草帽星系,在其中心存在一个原型的低光度活动星系核。我们使用JVLA对M104在多波段进行了不同分辨率的连续谱观测以获得其喷流在不同物理尺度的特征。通过分析认为M 104的kpc尺度的延展很可能来自pc尺度的射电喷流。并且发现kpc尺度喷流的方向与pc尺度喷流的方向有差异,暗示了喷流在传播过程中发生偏折,或者不同尺度的喷流产生自中心黑洞的不同活跃期;我们通过定量测量了kpc尺度喷流的磁压,发现其与星际热气体的压强相当,暗示了喷流在传播过程中的机械功对气体注入了可观的能量。第五章中,我们主要介绍了对本论文工作的总结以及展望。
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