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星系并合在星系形成与演化过程中扮演着十分关键的角色,特别是,在触发星暴和黑洞间歇式活动中起着决定性作用。并合过程进行到不同阶段时,动力学过程在观测上具有不同的光谱特征。当星系并合到kpc尺度时,会触发星暴以及黑洞活动,两个核的总光谱则显示出窄线双峰的特征。当并合到10pc尺度时,窄线双峰特征消失,唯一的光谱特征可能存在于宽发射线中。本学位论文以星系在kpc和10pc这两个不同尺度上并合过程的观测特征为主题,研究可能对应kpc尺度双核的窄发射线双峰等观测特性,寻找双核距离在10pc尺度时Ⅰ型dual AGNs的证认方法。
在星系并合过程中,距离kpc尺度的双核绕转可能产生窄线双峰等观测特性。我们从Sloan数字巡天的第七次释放数据(SDSS DR7)的近一百万个星系中系统搜寻窄线双峰发射线星系,建立了一个迄今为止最大的双峰源样本以便更好的研究这些星系。通过对发射线的流量、半高全宽、窄线双峰之间速度分离程度等一系列条件的限制,我们最终选出了3,030个窄线双峰发射线星系。基于宽Balmer线的存在与否以及窄线双成分在Baldwin-Phillips-Terlevich(BPT)图上的位置,我们最终得到81个typeⅠ AGN,837个2-typeⅡ AGN,708个2-SF星系,400个typeⅡ+SF星系,以及1,004个未知类型的星系。与此同时,我们也建立了一个包含12,582个窄线不对称或平顶的发射线星系(窄线不对称星系)样本。样本建立后,通过目视检查,我们发现这3,030+12,582个星系中有54个源从SDSS图像上看有两个距离很近的双核,255个较远距离的双核(SDSS的3角秒光纤只覆盖了其中一个核)。当前样本可用于研究星系并合的动力学、黑洞活动的触发机制和窄线区的动力学(外流和旋转盘)等。
通过分析两个样本的基本特性,我们发现如下相关关系:窄线蓝移和红移两成份对应的速度移动成反相关;两窄成份的流量及光度成正相关;两窄成份的速度弥散比、[OⅢ]和Hα各自的光度比均与其速度移动比有强烈的反相关关系存在;对于有[OⅢ]宽线翼存在的窄线双峰AGN,[OⅢ]宽线翼的速度移动和两窄成份各自的速度移动无相关,但是线翼的光度和两窄成份各自的光度有很好的正相关。以上相关关系支持不同的物理起源:双核,外流以及旋转盘。从基本特性的分析中,我们发现窄线双峰星系和窄线不对称星系具有相同的相关关系,因此窄线双峰和不对称的物理起源可能相同。另外,我们的两个样本中有~10%的星系被FIRST探测到有射电辐射。这些源的射电功率和窄线两成份的速度移动没有关联,但是和[OⅢ]的光度以及寄主星系的黑洞质量正相关。由于目前只对SDSS的光谱特性和射电功率做统计分析,具体每个源的双峰起源还无法确定。只有借助于射电、光学、红外和X射线等多波段的高分辨率光谱及成像观测,我们才能确定单个源的双峰产生机制,具体研究星系并合及窄线区的动力学。
当星系并合到10pc尺度时,对dual AGNs而言,两个核的窄线区已经并合到一起,但是双黑洞各自的宽线区仍然独立存在。由于现有的观测设备很难分辨这一尺度的双核,本文中我们提出了一个证认Ⅰ型dual AGNs的新方法。这一方法主要是基于反响映射法的基本原理,长期监测AGN连续谱和来自宽线区的宽Balmer发射线的响应光变。由两条光变曲线得到交叉相关函数(CCF)及其峰值概率分布后,就可以通过分析二者是否存在双峰来证认双核。模拟发现如果两个宽线区的几何结构为两个盘状或者一个球状和一个盘状的组合,在盘的观测倾角θ≤10°时dualAGNs可以被证认出来。本方法适用于证认和分析双黑洞各自宽线区独立存在的Ⅰ型dual AGNs,对应双核距离大于10pc。
最后一章我们总结了本学位论文的主要结果,简要地展望了未来亟待解决的重大问题和对应的观测需求。