低质量活动星系核燃料供给和吸积过程的三个阶段

The fueling and accretion processes determine the accretion rate distribution function of low-mass AGN (LMAGN; M_BH being roughly in the range 10^{5--6.5} solar mass so far). Thus it is important to understand these processes for a complete census of (active and inactive) massive black holes (BHs) in the low-mass end..In the past decade we have compiled a large enough sample of LMAGNs, totaling 513 sources. Based on the large sample, in this proposal we will carry out the following explorations, corresponding to the three stages of LMAGN fueling and accretion processes: .(1) On the galactic scale, we will accomplish the optical imaging observation of our target objects (deeper than the shallow SDSS images) and the spectroscopic identification (redshift) of the nearby galaxies in the FOV of our objects, and thus obtain the (ongoing) major-merger incidence and the incidence of galactic violent interactions in the LMAGN sample, and the two incidences in the comparison sample of non-AGN galaxies (mainly disk galaxies); finally, by comparing the corresponding incidences between the two samples, we will answer the question: whether it is statistically significant that the violent galactic interactions endured by the LMAGN host galaxies trigger the AGN activity..(2) Regarding the fueling passage from 1 pc down to the outer boundary of the accretion disk (AD), we will build several modules in the Gadget-2 source code for AGN fueling processes, perform 3-D numerical simulations (“Nbody + SPH”), and obtain concrete, quantitative results of the outer-boundary condition of the AD of LMAGNs under different models of gas supply on the scale of 1 pc..(3) On the accretion scale, we will compile the largest radio sample of LMAGNs by obtaining radio fluxes or upper limits for every sources in our sample (namely the 513 sources), to the detection depth of 0.12mJy or even deeper; based on the radio sample, we will finish the statistical studies of LMAGN’s radio luminosity function and radio loudness distribution, and investigate the fundamental plane of BH accretion for LMAGNs.

燃料供给和吸积过程决定了低质量AGN（LMAGN）的吸积率分布；因此理解这些过程，对低质量端大质量黑洞的完全普查有重要作用。近十年来我们编制了足够大的低质量AGN样本(513个源)。基于此样本，我们拟在燃料供给和吸积过程的三个环节开展工作：1.在星系尺度上，完成光学成像观测和目标源视场附近星系的光谱红移证认，统计出LMAGN样本和普通(盘)星系对照样本的（正在进行的）主并合发生率和剧烈相互作用发生率，最终解决：LMAGN寄主星系的剧烈相互作用对于触发AGN活动，在统计上是否显著。2.在Gadget-2源代码里添加有关功能模块，开展3维数值模拟，定量地给出：在1pc处不同的气体供给模式下，LMAGN吸积盘外边界条件分别如何。3.在吸积环节，获得每个源的射电流量或流量上限(<=0.12mJy)，构成最大的LMAGN射电样本；做出射电光度函数、射电噪度统计分布；调查LMAGN的吸积基本面关系。

近邻的低质量AGN（LMAGN；黑洞质量<~10^6M☉），有助于理解高红移类星体的超大质量黑洞的起源（“种子黑洞问题”）等基本问题。燃料供给和吸积过程，决定了LMAGN的吸积率分布，从而对低质量端大质量黑洞的完全普查有重要意义。十年来我们编制了目前国际上最大的光学选LMAGN样本。基于这个光学选样本，本项目在燃料供给和吸积过程的三个环节（尺度）开展研究，取得了如下成果：.1.在星系尺度上，观测方面我们完成了目标源光学成像观测以及大部分的视场附近星系的光谱红移证认，结果表明：LMAGN寄主星系的剧烈相互作用对于触发AGN活动，统计上有显著影响。.2.我们还在星系动力学、星系互相作用的理论和数值模拟技术方面取得进展。我们应用AI深度学习技术，成功地训练了一个卷积神经网络模型，实现泊松方程求解的的反卷积过程，从而可加速引力N-body数值模拟。在国际上首次实现任意形状的星系的作用量计算，将便利于星系DF(J)建模；程序代码已在github上开源（Nbody-TACT）。我们把银河系作为典型的盘星系，基于GAIA和LAMOST数据检验了银河系的不同引力势模型，我们推断：银河系的（等效）暗物质晕形状应该是介于球对称CDM晕和MOND等效晕之间。.3.我们基于观测数据（光变）来研究核区燃料供给对于吸积状态的影响，得到了意料之外的好结果：光变显著的低质量AGN，大都处于红星系中；而且发现这个规律适用于整个低红移Seyfert1群体。因此我们提出：torus尺度之内的核区燃料状况决定了吸积流，红星系中的燃料供给模式是“famine mode”，其中的冷团块随机吸积导致了大幅度光变。 .4.在吸积盘尺度即LMAGN射电性质方面，我们基于SKA探路者连续谱巡天数据，把LMAGN的射电源个数从约40个增加到了151个！这使得我们得到了LMAGN以及低红移Seyfert1族群的射电性质，以及射电性质与黑洞质量、吸积率的关系。