高光度黑洞吸积系统多相吸积过程的理论研究及其观测检验

The study of the multi-phase accretion in accreting black hole systems is a very important research topic. In this project, we are going to establish an axis- symmetric black hole accretion model by fully considering the dynamical and radiative interaction between the disk and the corona in the vertical direction. In the vertical direction, our model is expected to have a three-layered structure, namely, the cold disk, hot corona and the transition layer between them. Meanwhile, at the surface of the corona, some of the matter in the corona will be lost in the form of the outflow due to the thermal pressure. We are going to develop a 2D (or 3D) code to calculate the emergent spectrum of the accretion flow with the detailed consideration of the vertical structure. It is expected that the model can be used to explain the main observational features of the luminous active galactic nuclei, such as the strong optical-UV emission, the soft X-ray excesses, the hard X-ray emission (including the X-ray reflection spectrum) , and the outflow etc. Meanwhile, it is expected that the model can be applied to the very high spectral state of black hole X-ray binaries to explain the main radiative features and the outflow etc.

对黑洞吸积系统多相吸积过程的研究是黑洞吸积理论重要的研究课题。在本项目中，我们将系统地研究在高吸积率状态下，冷的吸积盘和热冕在垂直方向的动力学相互作用和辐射相互作用，从而建立一个轴对程的，在垂直方向具有分层结构的黑洞吸积模型。在垂直方向，我们的模型将具有三层结构，即，从下到上，分别为冷的吸积盘，热冕以及连接以上两者的转换层。同时在冕的顶部，在本身热压力的驱动下，一部分冕物质将以外流的形式损失掉。我们将对吸积流在垂直方向细致分层，发展并建立二维甚至三维蒙特卡洛模拟的计算程序精确模拟其辐射谱（包括反射谱）。预期我们的模型可以解释亮的活动星系核的一些主要观测特征，例如，强的光学-紫外辐射，软X-射线超，硬X-射线辐射（包括X-射线反射谱），以及外流等；同时预期我们的模型可以应用在黑洞X-射线双星较为亮的吸积态（例如甚高态）解释其主要辐射特征，以及外流等观测现象。

黑洞吸积理论是现代天体物理重要的理论基础之一，是X-射线双星，极亮的X-射线源，活动星系核，以及超大质量黑洞潮汐瓦解恒星事件的能源机制。自上世纪70年代提出标准吸积盘理论以来，至今对黑洞吸积理论的研究已经取得了非常大的进展。然而，对黑洞周围高温冕的形成机制的研究仍然是当前黑洞天体物理领域没有完全解决的核心问题之一。我们前期的研究表明吸积发生的初始条件会对冕的形成产生非常重要的影响。在本项目中，我们首先以活动星系核为例，系统研究了超大质量黑洞以弥散介质（热气体）作为原料供给的吸积过程的动力学和辐射。我们的研究阐述了超大质量黑洞周围高温冕形成的新机制，并将其应用在明亮的活动星系核中，对其X-射线的辐射起源，光谱性质和光变行为，吸积几何以及冕的致密性问题等给出了全新的物理解释。进一步，我们将超大质量黑洞的热气体吸积理论应用在恒星级黑洞吸积系统以及中子星吸积系统，并系统阐释了恒星级黑洞吸积系统和中子星吸积系统表现出的有差异的光谱性质和光变行为的内在物理原因。