M87的吸積與噴流物理研究.pdf

1、低光度活動星系核M87由于其超大的黑洞質(zhì)量和較近的距離，是一個非常著名的鄰近活動星系核。相對于銀河系黑洞Sgr A*，M87還被觀測到了具有非常明顯的噴流結(jié)構(gòu)。迄今為止，關(guān)于黑洞吸積盤和噴流的研究已經(jīng)取得了相當大的進展，但是還遠遠不夠。比如吸積盤是如何演化的？哪些因素導(dǎo)致了噴流的形成（黑洞自轉(zhuǎn)、吸積模式亦或是其它因素）？噴流是如何準直并加速的等等。在本文中通過研究低光度活動星系核M87來探討低吸積率時黑洞的吸積和噴流過程。
　　第

2、一章首先介紹了黑洞的一些物理特性以及分類（例如恒星級黑洞、中等質(zhì)量黑洞和超大質(zhì)量黑洞）。由于本文主要關(guān)注超大質(zhì)量黑洞，因此進一步介紹了活動星系核的觀測特性、分類、統(tǒng)一模型及可能的物理本質(zhì)。然后又介紹了一類特殊的活動星系核即低光度活動星系核，其中也重點介紹了低光度活動星系核M87的一些最近觀測及結(jié)果。接下來介紹了黑洞吸積盤的形成及分類，其中重點介紹了低光度活動星系核所對應(yīng)的吸積盤-徑移主導(dǎo)吸積流（ADAF）。最后介紹了噴流的部分觀測結(jié)果、

3、噴流形成的機制、噴流的準直和成分等。
　　第二章主要通過高分辨率的能譜和法拉第旋轉(zhuǎn)研究了M87黑洞視界附近的吸積和噴流過程。最近Prieto等人得到了M87的高分辨率、多波段的能譜分布。其中由阿塔卡瑪大型毫米波天線陣（ALMA）觀測到的毫米波段存在著一個凸起的鼓包。同時在低頻（Sv∝v-k,k～0.2）和高頻（k～?0.3）射電波段的能譜指數(shù)也不一樣。M87這樣的能譜分布特點和Sgr A*類似（銀河系中心黑洞）。發(fā)現(xiàn)M87的能譜很

4、難用單一的ADAF或噴流模型去擬合。跟Yuan等人2003年的工作類似，用ADAF和噴流耦合模型擬合M87的能譜。結(jié)果發(fā)現(xiàn)毫米波段的鼓包可以很自然的用ADAF中熱電子的同步輻射來解釋，而射電輻射和X射線輻射主要來自于噴流里非熱電子同步輻射的貢獻。同時發(fā)現(xiàn)ADAF中230GHz的高頻射電輻射主要來自于吸積盤10個引力半徑的區(qū)域，這和最近甚長基線干涉測量（VLBI）的結(jié)果一致。通過擬合毫米和亞毫米波段的觀測以及法拉第旋轉(zhuǎn)的限定，得到吸積盤內(nèi)

5、區(qū)的吸積率及ADAF中電子數(shù)密度分布，發(fā)現(xiàn)ne大約正比于r-1，這與錢德拉X射線望遠鏡對M87邦迪半徑附近的觀測以及最近數(shù)值模擬的結(jié)果基本一致。最后根據(jù)偏振觀測得到的法拉第旋轉(zhuǎn)，考慮了偏振源可能存在的位置（來自于吸積盤或噴流中的不同位置），發(fā)現(xiàn)吸積盤里計算得到的法拉第旋轉(zhuǎn)和觀測相吻合，但是由于噴流物理的復(fù)雜性，現(xiàn)在還不能完全排除掉法拉第旋轉(zhuǎn)自于噴流的可能性。
　　第三章主要研究了M87黑洞的自轉(zhuǎn)。首先介紹了測量黑洞自轉(zhuǎn)的一些主要方

6、法，包括：連續(xù)譜擬合、展寬的Fe Kα線擬合、高頻的準周期震蕩頻率、X射線偏振、噴流形成機制、吸積盤和噴流的進動等。利用黑洞噴流形成可能與黑洞吸積過程有關(guān)，結(jié)合能譜擬合、噴流功率來限定吸積盤內(nèi)區(qū)的吸積率及黑洞自轉(zhuǎn)。其中，利用BZ和BP的混合模型，來自洽的計算噴流的功率。發(fā)現(xiàn)M87黑洞是高速自轉(zhuǎn)的，其a≥0.96，其中部分參數(shù)的不確定性，也不會影響我們的結(jié)果。
　　第四章首先對博士期間的研究工作作了總結(jié)，然后考慮了可能存在的一些問題