射电宁静的活动星系核的光变研究进展

一部分星系的核区存在剧烈的非恒星活动起源的多波段电磁辐射,这类星系被称为活动星系,其核心称为活动星系核.一般认为,超大质量黑洞(其质量是数百万倍乃至数百亿倍太阳质量)通过其强大的引力吸积周围气体形成的吸积盘是活动星系核的中心引擎.理解这一物理过程和测量超大质量黑洞的物理参数,对认识强引力场下的磁流体物理、超大质量黑洞的宇宙增长历史和活动星系核的反馈以及宇宙大尺度结构形成有重要的意义.多波段连续谱的光变(即光度随时间的变化行为)是活动星系核的鲜明特征,可以被用来从时域的角度测量宇宙学距离上的活动星系核的中心引擎的结构、尺寸和超大质量黑洞的质量以及自旋.本文介绍了活动星系核光变行为的基本概念,概述利用光变研究活动星系核物理过程和测量超大质量黑洞质量等方面的主要进展,并对活动星系核的光变研究领域进行展望.     

耀变天体3C 454.3高能光变行为的研究

为研究耀变天体3C 454.3高能光变行为,采用结构函数和离散关联函数法对该源近8年Fermi/LAT伽玛波段流量监测结果进行分析。结构函数分析表明:近8年的高能光变中存在多个特征光变时标,最小特征光变时标6 d;宁静态前后两段不同光变幅度的伽玛光变有类似变化趋势,均有最小特征光变时标6 d;整个光变存在可能周期230 d和350 d,与离散关联函数分析得到的周期223 d和351 d近似一致。根据周期分析理论,推断耀变天体3C 454.3伽玛波段光变存在周期(226±3.5)d和(250±0.5)d。与以前的研究结果对比,耀变体3C 454.3高能光变存在双周期是一个新发现。     

喷流内粒子同步加速辐射数值解研究

同步加速辐射是活动星系核低能辐射的主要辐射机制。研究喷流内粒子的同步加速辐射过程对认识活动星系核内部辐射机制,能谱分布、光变时标等热点问题非常重要。文章研究活动星系核喷流内粒子的同步辐射过程,用数值的方法得到喷流内粒子的同步辐射谱分布情况,用得到的粒子谱分布计算了BL Lac天体PKS 2155-304低能辐射。结果表明,PKS 2155-304低能辐射能用同步辐射很好地解释。     

爱因斯坦探针在活动星系核研究领域的科学机遇

活动星系核(AGN)是指那些具有强烈电磁辐射的星系核心,其巨大能量是由中心超大质量黑洞(SMBH)吸积周围物质,将其释放的引力能转化为热能、辐射能而产生的.各种时标的多波段光变是AGN的典型观测特征,其中尤以X射线光变最为引人注意,因为其光变剧烈、时标短、携带着AGN吸积盘最内区的丰富物理信息,长期以来一直被用作研究星系中心SMBH的探针.但是,目前对AGN的X射线光变还没有很根本的认识,对其来源和产生机制仍不甚清楚.爱因斯坦探针(Einstein Probe,EP)卫星具有空前的软X射线巡天能力,其grasp(即探测器有效面积与视场的乘积)比起之前同类卫星提高了一到两个量级,这使得EP能在从百秒到年的采样频率上对全天数百个亮AGN进行监测,获得前所未有的大样本、宽采样频率覆盖的光变数据.我们拟据此重点开展以下4个方面的研究:对大样本亮AGN的软X射线功率谱进行完整测量;系统监测和研究AGN中罕见的大幅度X射线光变和耀发现象;研究大样本AGN的长期光谱变化以及开展其爆发监测;开展AGN/类星体巡天.这些数据将促进对AGN X射线辐射的剧烈光变与爆发现象及其产生机制,SMBH的吸积盘、喷流及冕区的物理条件、结构、动力学与辐射过程,以及AGN的宇宙学演化等科学问题的进一步认识.另外,鉴于EP能够探索一个全新的发现空间(大天区、长时标软X射线的系统监测),将有可能发现前所未见的黑洞吸积现象——宇宙的复杂多样性总是超乎人类的想象.     

活动星系核在光学波段的光度及光谱斜率变化

利用盘不稳定模型和星爆模型,模拟活动星系核在光学B、V波段的光变,分析光变时光谱斜率的变化情况,并将模拟的结果和观测进行比较,结果表明,这两种模型是定性解释活动星系核光学波段光度、光谱变化的合理模型．     

伽玛射线暴的高能辐射

伽玛暴是宇宙中最剧烈的恒星级高能爆发现象,一般被认为产生于大质量恒星死亡(一些爆发时标长于2 s的伽玛暴在观测上被证实与一类特殊的超新星成协)或者双致密星(比如双中子星系统)并合(这类并合时标很短,可产生时标短于2 s的伽玛暴).工作在8 ke V–300 Ge V能段的Fermi伽玛射线空间望远镜自2008年升空工作之后,伽玛暴瞬时辐射和高能辐射研究取得了重要进展.本综述将介绍Fermi卫星在过去几年内关于伽玛暴领域的一些重要观测结果,并着重介绍这些观测对探索伽玛暴物理(伽玛暴外流体的光球辐射、磁化、Ge V高能辐射起源),特别是Fermi卫星大面积望远镜(LAT)的高能(100 Me V)辐射观测对限制伽玛暴初始速度/洛伦兹因子,限制宇宙河外背景光模型以及检验光速不变原理等方面的主要研究进展.     

银河系中心超大质量黑洞Sgr A＊的光变研究进展

越来越多的观测证据表明,位于银河系中心的致密射电源SgrA*是一个质量约为400万个太阳质量的超大质量黑洞.本文介绍在射电、毫米/亚毫米、近红外、X射线波段对Sgr A*的光变观测和理论研究进展.自1974年被射电干涉测量发现伊始,Sgr A*就被检测到时标从天到年不等的射电光变,随着新的观测设备的出现和观测技术的发展,天文学家先后在所有的对银河系中心可观测波段上检测到了Sgr A*的光变,包括在毫米/亚毫米波段的时标为小时的快速光变,近红外波段上时标不到1 h的显著光变,以及空间X射线卫星记录到的幅度变化几十倍以上的巨大耀变.这些光变观测数据可以用于估算产生Sgr A*耀变辐射的区域范围(假设光变是由整个源产生的,辐射区域的尺度/与光变时标τ之间存在线性关系,/≤Cr),并对Sgr A*辐射机制研究提供了间接的限制.近年来开展的一些多波段联测显示,近红外和×射线光变是同步发生的,并且都比射电和毫米波光变先出现,这类时间延迟支持Sgr A*光变的绝热膨胀理论模型.但目前成功的多波段耀变观测非常有限,如何获得从射电厘米波到X射线的Sgr A*光变间的内在关联将是未来几年中Sgr A*光变的一个主要研究方向.     

从谱演化方面的信息探讨GRB 061007的暴周环境

GRB 061007是一个明亮的、长时标的伽玛射线暴(简称伽玛暴),其红移为1.261.一方面,Swift/XRT观测到的数据显示,此暴X射线波段的光变曲线呈现出单一幂率形态,且幂率指数αXRT=1.68±0.01.另一方面,经由Faulkes Telescope South(简写为FTS)提供的BVRi'多波段光学余辉数据,作者分析发现其各波段光变曲线的幂率指数αOptical均在1.6左右.拟合得到的2个波段幂率指数如此相近,也就意味着此暴的X射线波段和光学波段具有同一起源.作者通过分析X射线波段和光学波段的谱演化情况,探究GRB 061007的暴周环境.分析的结果显示,X射线波段的谱指数β没有演化,而光学波段的谱有向蓝端演化的趋势.根据其光学波段谱的演化趋势,推测此暴的暴周环境不是均匀介质,而应是星风环境.     

黑洞的吸积过程

正黑洞在宇宙中是普遍存在的。观测表明,宇宙中大部分星系中心都存在一个质量在几十万到几十亿倍的太阳质量的超大质量黑洞,而每个星系中都存在几千万个恒星级质量的黑洞。黑洞吸积是指黑洞周围的气体在黑洞引力的作用下向黑洞下落的物理过程。这一过程会释放出很强的辐射,并伴随着物质外流。现代天体物理的许多重要分支都是以黑洞吸积作为其理论基础的,包括活动星系核、伽玛射线暴、黑洞X     

BL Lac天体PKS2155-304光变特性分析

从文献中收集了BL Lac天体PKS 2155-304在光学R、V和I波段历史光变数据.利用功率谱方法对PKS 2155-304在三个波段的光变曲线进行周期性分析,结果表明PKS 2155-304在光学波段存在约311.8d的光变周期,该结果可以被螺旋喷流模型解释.利用离散相关函数法分析了三个波段间的相关性,结果显示三个波段具有较强的相关性,这表明他们的辐射过程是一致的.     

Blazars天体的光度的相关分析

对活动星系核中性质最为独特的子类的blazars天体的光变观测和相关理论模型进行了简要的评述,我们收集了218个blazars天体从射电到X射线的多波段观测数据,计算了光度logLr,logLo和logLx,采用线性相关和部分相关法分析光度之间的关系,我们发现各个波段光度间都具有很强的线性相关性.     

BL Lac天体PKS 0537-441的光变特性分析

收集了耀变体PKS 0537-441近11年红外和光学波段的光变数据,光变曲线表明PKS0537-441天体存在剧烈变化.利用功率谱方法和Jurkevich方法分析了PKS 0537-441各个波段的光变周期,发现其可能存在1 038d和583d的光变周期.若该源的长周期光变与吸积盘有关,则得到不稳定的区域为R=14.9Rg.用DCF方法对这几个波段的相关性进行分析,结果显示光学和红外之间有延时同时表现出很强的相关性,这表明它们的辐射区域不同但辐射过程是一致的.     

远红外亮类星体的研究进展

远红外亮类星体是极亮红外星系中具有I型活动星系核光谱特征的天体,光学光谱研究表明它们在光学波段的辐射主要由中心活动星系核主导,其中心超大质量黑洞的质量为107~108M☉,且有超爱丁顿吸积率.与光学选类星体相比,远红外亮类星体在远红外波段存在明显的辐射超出,这可能是由其核区周围~1 kpc尺度内的星暴活动(恒星形成率约为几百M☉yr-1)加热尘埃造成.对分子气体进行观测发现远红外亮类星体的宿主星系中存在约109~1010M☉的分子气体,这些分子气体可以为黑洞和核球的增长提供"原料".几乎所有远红外亮类星体都处于富气星系并合的晚期,是极亮红外星系向光学选类星体演化的过渡天体.     

Blazars短时标光变的研究

利用光变模型对收集到的30个Blazars的光曲线进行拟合,由模型参数确定光变特征时标.根据确定的光变特征时标计算了中心天体质量和辐射区域上限,结果表明利用光变模型得到的特征时标与其他研究者的结果相符.因此,该光变模型可以作为研究Blazar短时标光变的一种新的方法.     

从谱演化方面的信息探讨 GRB 061007 的暴周环境

GRB 061007是一个明亮的、长时标的伽玛射线暴（简称伽玛暴）,其红移为1．261．一方面,Swift／XRT观测到的数据显示,此暴X射线波段的光变曲线呈现出单一幂率形态,且幂率指数αXRt=1．68±0．01．另一方面,经由Faulkes Telescope South（简写为FTS）提供的BVRi’多波段光学余辉数据,作者分析发现其各波段光变曲线的幂率指数αOptical均在1．6左右．拟合得到的2个波段幂率指数如此相近,也就意味着此暴的X射线波段和光学波段具有同一起源．作者通过分析X射线波段和光学波段的谱演化情况,探究GRB061007的暴周环境．分析的结果显示,X射线波段的谱指数JB没有演化,而光学波段的谱有向蓝端演化的趋势．根据其光学波段谱的演化趋势,推测此暴的暴周环境不是均匀介质,而应是星风环境．     

3C454．3红外波段光变特性分析

从SMARTS数据库中,收集了3C454．3的红外J波段和K波段的光变数据,并运用结构函数法和离散相关函数方法对其光变曲线进行分析,发现3C454．3在J波段和K波段可能存在192d的周期性光变,该周期很可能是由双黑洞系统中轨道驱动的螺旋喷流引起的。还发现3C454．3在红外J波段和K波段的辐射变化具有显著的相关性。     

高能伽玛射线观测研究进展和展望

高能伽玛射线辐射位居宇宙电磁辐射频带的高端,联系宇宙天体巨大能量释放和相对论性粒子加速及其非热辐射过程,是探索极端条件下物理过程的重要天文窗口,也是研究"世纪之谜"——宇宙线起源问题的重要手段.随着新一代探测器的稳定运行,天基和地基伽玛射线探测均取得了丰硕成果.在100 Me V能段,2008年上天的Fermi卫星已将伽玛射线源由三百增加到三千多个.在100 Ge V能段,地面切伦科夫望远镜HESS,MAGIC,VERITAS和地面EAS阵列Tibet ASγ,Milagro,ARGO-YBJ,自2003年以来已将伽玛射线源由十多个提升到一百六十个,同时,下一代探测器CTA和LHAASO也在稳步推进中,未来将把地基探测能力提升一个量级以上.本文主要介绍各家实验概况及其取得的重要观测进展,然后分类概括各种类伽玛射线源(脉冲星及其风云、超新星遗迹、伽玛射线双星、活动星系核、伽玛射线暴及其他伽玛射线源)的观测研究现状,并对未来CTA和LHAASO实验进行展望.     

耀变体PKS 0537–441的光学谱特性

利用耶鲁大学SMARTS数据库提供观测数据,得到了耀变体PKS 0537–441从2011年1月到2015年5月的光学B和R波段光变曲线,并计算了两波段对应的谱指数.使用离散相关函数法等方法对流量、谱指数及二者的相关性进行研究,结果表明:(1)PKS 0537-441光变剧烈,在长时标,中等时标爆发上升期和衰退期均表现出BWB(Bluer-When-Brighter)的光学谱特性,该特性可由喷流内的激波模型作出解释;(2)B和R波段流量变化有强相关性,且B波段流量变化领先R波段(35.62±8.63)d;(3)R波段可能具有(53.06±6.62)d和(273.88±20.69)d的准周期性光变.     

核心坍缩超新星中心黑洞超吸积在星系尺度上的贡献

核心坍缩超新星(Core-Collapse Supernova,CCSN)是大质量恒星演化末期的爆发现象,产生了宇宙中大多数的中子星和恒星级黑洞等致密天体.爆发可能伴随着强磁场中子星或黑洞超吸积引发的剧烈长时标伽马射线暴.CCSN还被认为是宇宙重元素的主要来源之一.本综述介绍了我们近期对CCSN中心黑洞超吸积过程的系列研究成果,主要包括研究了大质量星系中心附近伽马射线暴余辉阶段,因大量暗物质粒子湮灭电子注入而引发的光变和能谱的形态变化,探讨了其作为暗物质探测手段的可能性;研究了坍缩星框架下,中微子主导吸积流外流对核合成的贡献,及对太阳临近空间、(活动)星系等化学组分和演化的影响;最后,从数值模拟角度讨论了CCSN起源的致密天体质量分布,给出了低质量间隙可能起源于CCSN爆发能量分布的结论.     

星系紫外深场巡天观测进展

紫外波段是星系能谱分布中的重要部分.其包含大量原子、离子和分子的共振线以及研究重要物理过程的连续辐射,提供了理论研究重要的观测限制.在星系研究中,紫外辐射追踪大质量恒星,是测量和理解宇宙中恒星形成历史的重要工具.紫外辐射也可追踪大质量黑洞吸积盘,是理解吸积物理过程的重要手段.其涉及的关键科学问题包括宇宙正午时期的恒星形成历史与星系演化、宇宙重子物质缺失、宇宙再电离能量来源以及星系吸积和外流反馈等.本文重点阐述了紫外深场巡天观测的发展现状及其在星系科学研究中发挥的作用.主要介绍了深场仪器的基本参数、深场观测的目的和任务,以及数据及科学产出,并对国内外正在计划中的未来紫外观测进行了总结和展望.