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，中等質量黑洞是否存在，活動星系核的光變行為以及在宇宙結構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)，我們認為中等質量黑洞的吸積流中很可能存在劇烈的外流?；谶@個假設，我們發(fā)現(xiàn)吸積流內區(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）。在此基礎上，我們重新估計了中等質量黑洞吸積產生的射電輻射。通過將我們的結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。我們預期吸積流的內區(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區(qū)（以及噴流）相對外區(qū)會產生進動行為。這種進動行為將產生引力波輻射。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量-星系總的恒星質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量黑洞的吸積率;(4)我們利用單歷元維里化黑洞質量估計方法（Hβ和MgⅡ）測量了中心超大質量黑洞的黑洞質量。利用這些結果，我們討論了黑洞質量-星系恒星的總質量這一關系的宇宙學演化。我們的結果支持，從z～2到z～0，黑洞質量-星系恒星的總質量這一關系沒有顯著

6、地演化。我們還發(fā)現(xiàn)，處于偏離黑洞質量-星系恒星的總質量關系的活動星系核的演化矢量的方向與質量比成反比。我們利用超大質量黑洞以及宿主星系的質量增長率估計了活動星系核的活動占空比。我們發(fā)現(xiàn)，為了保持黑洞質量-星系總的恒星質量關系，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。第三，我們比較了連續(xù)譜和發(fā)射線的光變行為，并在此基礎上討論了寬線區(qū)的性質。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、，這預示著寬線區(qū)的結構函數(shù)不是δ函數(shù)。另外，Hβ的光變幅度大于MgⅡ，這意味著二者的產生機制不同。我們的結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;(3)研究黑洞質量-宿主星系總的恒星質量這一關系的斜率以及固有彌散等方面的宇宙學演化;(4)