耀变体的喷流与吸积

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活动星系核(Active Galactic Nuclei:AGNs)是一类具有剧烈活动现象的天体,其活动现象与中心黑洞吸积、喷流、相对论性高能粒子产生、黑洞与周围环境相互作用等物理过程有关,对其研究有利于深入理解宇宙演化、星系形成与演化、中心黑洞形成与增长。耀变体(Blazar)是活动星系核的极端子类,可将其分为平谱射电星系(FSRQs)和蝎虎天体(BL Lacs)。由于耀变体的喷流方向与观测者视线非常接近,则耀变体产生的辐射被集束效应所增强,因此耀变体成为了研究河外天体物质吸积、喷流产生、粒子加速机制等的重要对象。本论文以耀变体的喷流与吸积作为主要研究内容,包括了分类研究、喷流与吸积的关系、喷流形成机制、高能伽马辐射机制、基本物理参量的限定以及相关性研究。本学位论文的内容主要有三部分:第一部分是论文的综述部分;第二部分主要介绍研究工作,共有五章内容;第三部分是研究工作展望。具体如下:第一章,主要介绍活动星系核的观测性质、分类、标准模型,喷流效应和能谱分布等耀变体观测特性,中心黑洞质量和中心黑洞自旋的估算过程,详细地综述了物质吸积、喷流的产生机制,吸积、自旋、质量和喷流功率的相互联系,最后总结了本学位论文研究工作的背景和意义。第二章,基于大样本的射电源对射电噪和射电宁静活动星系核进行分类。从包含168941个源的类星体和活动星系第十三版本目录中,选取了同时具有两个射电波段数据、多个光学波段数据的目标源,得到的样本共有2419个射电源,计算了射电源的射电波段与光学波段的流量比值即射电噪度的对数(logR),将贝叶斯分析的高斯混合模型应用于log R的分布,得到了射电噪源和射电宁静源的分界线为log R=1.26;将机器学习算法用于射电光度和射电噪度两个参量的分类,结果表明射电噪源和射电宁静源的分类不仅与射电噪度有关,也和射电光度有关。第三章,研究了费米耀变体的喷流与吸积之间的联系,并提出了估算多普勒因子的方法。喷流功率与吸积光度分别用伽马光度与宽发射线光度表征,因此可以从伽马光度与宽发射线光度的相关性中探讨喷流与吸积的联系。基于费米甚大空间望远镜发布的源表所探测的伽马数据和斯隆光学数字化巡天(SDSS)源表发布的宽发射线资料,通过源表的坐标匹配,我们扩展并计算了50个费米耀变体的宽发射线光度,总共得到了350个具有宽发射线光度的费米耀变体。通过分析得到了伽马光度和宽发射线光度的强相关关系,支持了喷流与吸积过程的内在联系;同时根据喷流辐射功率的定义式,利用伽马光度与宽发射线光度计算了伽马波段的多普勒因子。第四章,利用费米数据更新了耀变体的分类,并将样本中未知类型耀变体(BCUs)进行划分,研究耀变体的黑洞质量、吸积光度、喷流功率、黑洞自旋特征等物理参量的相关关系。在本章中,我们收集了449个费米耀变体的伽马光度、宽发射线光度、黑洞质量、射电集束光度,计算了集束功率和黑洞自旋,得到宽发射线光度与爱丁顿光度之比lBLR=logLEddLBLR,采用贝叶斯分析的高斯混合模型,根据lBLR的分布,将耀变体进行分类,得到FSRQs和BL Lacs之间的分界线为lBLR=-3.14,用该分界线将未被证认的BCUs进行划分,分析并得到了5个变脸耀变体,并且我们的分析结果给出该样本中变脸耀变体的候选体;喷流功率与吸积光度、黑洞质量、黑洞自旋参量之间的相关性,表明耀变体的喷流倾向于由黑洞旋转能提取的Blandford-Znajek机制主导。第五章,收集了600个费米耀变体多波段的能谱分布(SEDs)数据,利用单区轻子模型限定喷流物理参数,得到多普勒因子、磁场强度、辐射区域的位置和喷流功率等参数。研究发现FSRQs的辐射区域靠近宽发射线区域,BL Lacs的辐射区域在宽发射线区和尘埃环之间;不同形式的喷流功率(Pi)的分布与其主导机制有关,其比率(?i=Pi/Pjet)与喷流功率的关系反映了冷却效率。第六章,研究费米耀变体多波段单频光度之间的相关关系,探究哪一个低能波段辐射对高能伽马辐射的贡献最大,分析高能伽马波段辐射的起源机制;从文献中收集442个费米耀变体的射电光度、光学光度、X射线光度、伽马光度以及红移,采用多元线性回归方法分析伽马光度与其他低能波段光度之间的相关性,得到伽马光度与射电光度的相关性最强,与光学光度的相关性则受到热辐射的影响;我们推测HBLs的高能伽马光子来源于同步自康普顿过程,而FSRQs的高能伽马光子主要来源于外康普顿过程。第七章,是本学位论文的总结和展望。
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