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喷流结构普遍存在于活动星系核尤其是射电星系和类星体当中。喷流作为星系核心附近喷射出的定向、狭长、准直、高速运动的物质流,是中心母体向外围射电瓣或射电热斑输运物质、能量以及磁场等信息的重要通道,喷流在向外运动的过程中高到接近光速的速度暗示着星系核心极深势阱的存在。自1918年发现第一支喷流以来,对它的研究已成为当今天体物理的热点之一。上个世纪70年代发展成熟的VLA和VLBI设备实现了对河外喷流的射电观测,钱德拉卫星以及XMM牛顿等X射线卫星逐渐揭开了喷流在高能波段的神秘面纱,大大推进了对喷流高能波段特征的认识和研究。喷流在光学波段的对应体一直是非常少见的,到目前为止发现的数目依然很少。而研究喷流的多波段能谱分布对丁我们理解喷流的物理实质以及活动星系核中心引擎等信息非常重要。本论文系统分析了FR-I射电星系大尺度喷流的多波段能谱分布,研究了喷流的整体动力学行为。通过对不同结点能谱辐射模型的拟和,我们取得了一些好的结果。全文共分五章:
在第一章首先概述了喷流多波段能谱研究的重要性和意义。简要论述了河外喷流的相对论性束流模型以及视超光速运动现象,多普勒放大效应和短时标光变现象。在相对论性束流模型下,我们对常用于解释喷流的辐射理论模型进行了论述,主要包括同步加速辐射机制和逆康普顿散射机制,探讨了相对论框架下不同辐射模型的异同点。
第二章从研究喷流的多波段观测能谱分布(SED)的辐射模型出发,我们首先对多波段观测数据比较丰富的距离银河系较近的FR-I型射电源M87大尺度喷流的多波段观测能谱分布进行了分析和模型拟合,从能谱拟合过程中得到M87喷流中不同结点成分运动的多普勒因子。计算结果表明M87是一个具有中等相对论性喷流,视角在20度到30度之间的射电强活动星系核,而且该喷流在向外运动的过程中表现出逐渐减速的运动学行为,与此同时喷流中不同的结点成分运动方向与视向的夹角是不完全相同的,喷流在向外运动的过程中具有一定程度的弯曲。
在接下来的章节中,我们试图去建立一个FR-I型射电星系大尺度喷流的样本,进一步来探讨M87大尺度喷流所表现出来的减速特征是M87所具有的独特的行为还是普遍存在于其它的FR-I型射电星系的大尺度喷流中。我们建立了一个包含11个FR-I型射电星系的样本,这些源中喷流具有多波段的观测,可以实现喷流的运动学行为的研究。我们的光学图像来自哈勃望远镜的观测并进行了细致的分析,图像分析方法和处理过程有着详细的描述。从寄丰星系中恰当地扣除星光的影响以后,有8个源出现了不可分辨的光学核,其中5个源首次证认出致密的光学核。我们将这些致密核的多波段能谱和以前发现的FR-I型射电星系的致密核以及Low-energy-peaked BL Lac天体进行了比较,发现它们的能谱非常相似,这种相似性证明了致密光学核起源于非热同步加速辐射机制。样本中有3个射电源的光学喷流可以很好地分辨,即3C15,3C66B和B2 0755+37。喷流中的光学结构和射电和X-ray结构表现出清晰的一一对应关系。我们讨论了光学喷流的结构和信息,给出了喷流中结点的位置,流量和大小等物理参数。
第四章我们讨论分析了上一章得到的喷流多波段观测能谱分布,通过辐射模型的拟合,决定出喷流中不同结点成分运动的多普勒因子,我们发现FR-I型射电星系中大尺度喷流在向外运动的过程中的确表现出整体减速的行为倾向。同时我们研究发现射电源星系核的射电流量和光学流量具有非常好的相关性,表明星系核的光学辐射很可能与射电辐射一样起源于同步加速辐射。核区和喷流能谱信息的相似性也支持了这种可能性。
在最后一章对将要进行的工作进行了简单的论述。