黑洞吸積系統(tǒng)的多信使研究.pdf

1、當前，多信使天文學為研究黑洞吸積系統(tǒng)提供了前所未有的機遇。這篇論文探討了利用引力波、射電、紅外、光學、紫外以及X-射線觀測手段研究黑洞吸積系統(tǒng)。利用這些研究結(jié)果，我們討論了引力波做為伽瑪射線暴中心引擎的探針，中等質(zhì)量黑洞是否存在，活動星系核的光變行為以及在宇宙結(jié)構(gòu)形成與演化方面所扮演的角色。本文主要可以分為以下四個部分:
　　在第二章，我們討論了利用射電觀測搜尋球狀星團中心的中等質(zhì)量黑洞的可行性。為此，我們發(fā)展了Maccarone

2、提出的一整套利用射電觀測搜尋中等質(zhì)量黑洞的方案:受最新數(shù)值模擬以及觀測的啟發(fā)，我們認為中等質(zhì)量黑洞的吸積流中很可能存在劇烈的外流?；谶@個假設(shè)，我們發(fā)現(xiàn)吸積流內(nèi)區(qū)的吸積率遠遠小于外區(qū)吸積率（前人的工作過高的估計了吸積率）。在此基礎(chǔ)上，我們重新估計了中等質(zhì)量黑洞吸積產(chǎn)生的射電輻射。通過將我們的結(jié)果與目前的射電觀測進行比較，我們發(fā)現(xiàn)目前的觀測還無法有效地排除中等質(zhì)量黑洞的存在。
　　在第三章，我們主要從理論上討論了伽瑪射線暴中由于噴流

3、進動產(chǎn)生的引力波輻射。為此，我們考慮中微子主導吸積流做為伽瑪射線暴的中心引擎。吸積流的角動量方向與黑洞的自旋方向并不平行。我們預(yù)期吸積流的內(nèi)區(qū)被黑洞所準直，而外區(qū)繼續(xù)保持其角動量方向。因此，黑洞以及吸積流的內(nèi)區(qū)（以及噴流）相對外區(qū)會產(chǎn)生進動行為。這種進動行為將產(chǎn)生引力波輻射。我們利用后牛頓近似計算了引力波輻射的強度，并將結(jié)果與正在規(guī)劃中的引力波探測器的儀器靈敏度進行了比較。在此基礎(chǔ)上，我們發(fā)現(xiàn)未來的引力波探測器能夠有效探測臨近的伽瑪射線

4、暴（包括“失敗”伽瑪射線暴）以及Ib/c型超新星爆發(fā)。
　　在第四章，我們主要利用多波段觀測數(shù)據(jù)研究了活動星系核及其宿主星系在黑洞質(zhì)量-星系總的恒星質(zhì)量平面上的演化行為。我們從COSMOS和CDF-S巡天中選擇了69個同時擁有紅外，光學，紫外和X-射線的z＜2.1的活動星系核:(1)利用遠紅外觀測，我們準確的測量了這些活動星系核的宿主星系的恒星形成率;(2)利用近紅外，光學和紫外觀測，我們采用SED擬合的方法分離了活動星系核和宿主

5、星系的貢獻，并且測量了宿主星系恒星的總質(zhì)量和活動星系核的吸積盤輻射光度;(3)綜合活動星系核的X-射線觀測和SED擬合的結(jié)果，我們較為準確地測量了活動星系核的熱光度，并計算了中心超大質(zhì)量黑洞的吸積率;(4)我們利用單歷元維里化黑洞質(zhì)量估計方法（Hβ和MgⅡ）測量了中心超大質(zhì)量黑洞的黑洞質(zhì)量。利用這些結(jié)果，我們討論了黑洞質(zhì)量-星系恒星的總質(zhì)量這一關(guān)系的宇宙學演化。我們的結(jié)果支持，從z～2到z～0，黑洞質(zhì)量-星系恒星的總質(zhì)量這一關(guān)系沒有顯著

6、地演化。我們還發(fā)現(xiàn)，處于偏離黑洞質(zhì)量-星系恒星的總質(zhì)量關(guān)系的活動星系核的演化矢量的方向與質(zhì)量比成反比。我們利用超大質(zhì)量黑洞以及宿主星系的質(zhì)量增長率估計了活動星系核的活動占空比。我們發(fā)現(xiàn)，為了保持黑洞質(zhì)量-星系總的恒星質(zhì)量關(guān)系，活動星系核的活動占空比～10％
　　在第五章中，我們集中討論了活動星系核的光學連續(xù)譜和寬發(fā)射線（Hβ和MgⅡ）的光變行為。我們利用了斯隆數(shù)字巡天之反響映射項目的數(shù)據(jù)研究了活動星系核的上述光變行為。這是目前為止

7、利用光譜數(shù)據(jù)對活動星系核進行的最大規(guī)模的寬發(fā)射線光變研究。首先，我們確認了活動星系核的光學連續(xù)譜的光變幅度隨著光度的增加而減小，連續(xù)譜的光變曲線可以很好地用阻尼隨機行走這一模型描述。其次，我們第一次證實了大量的活動星系核的MgⅡ存在光變行為，這一發(fā)現(xiàn)為現(xiàn)在和將來利用MgⅡ進行活動星系核反響映射研究奠定了基礎(chǔ)。第三，我們比較了連續(xù)譜和發(fā)射線的光變行為，并在此基礎(chǔ)上討論了寬線區(qū)的性質(zhì)。我們發(fā)現(xiàn)，相對于連續(xù)譜，發(fā)射線的光變隨間隔時間的增加更慢

8、，這預(yù)示著寬線區(qū)的結(jié)構(gòu)函數(shù)不是δ函數(shù)。另外，Hβ的光變幅度大于MgⅡ，這意味著二者的產(chǎn)生機制不同。我們的結(jié)果對未來反響映射研究有重要意義。
　　在最后一章中，我們討論了我們的工作在未來可以進一步拓展的研究點。這些研究點主要包括:(1)研究中等質(zhì)量黑洞最好的候選體HLX-1的爆發(fā)行為;(2)利用寬發(fā)射線譜形變化信息限制活動星系核的寬線區(qū)性質(zhì);(3)研究黑洞質(zhì)量-宿主星系總的恒星質(zhì)量這一關(guān)系的斜率以及固有彌散等方面的宇宙學演化;(4)