活动星系核反馈及其对环星系介质的影响

As an important research field in contemporary astrophysics, active galactic nucleus (AGN) feedback plays an important role in the evolution of galaxies and galaxy clusters. Significant breakthroughs have been made in recent years in observational studies of the circumgalactic medium (CGM), where AGN feedback acts on galaxies significantly. In this project, we plan to use numerical simulations and analytical methods to investigate AGN feedback and its impact on the CGM and the intracluster medium (ICM). One important topic is to study the radiation mechanism and origin of the Fermi Bubbles in the Milky Way, including the AGN jet model proposed by the PI of this proposal in 2012. To facilitate direct comparisons between model predictions and new multi-wavelength data, we plan to develop a new module on cosmic ray spectral evolution in the MHD code ZEUS-MP. Other research topics include the cooling, heating, and spatial distribution of the CGM, how Fermi-bubble-like feedback events affect the CGM, the missing satellite problem on galaxy scale, and how black hole jets heat and affect the ICM. This study would contribute to our understanding on AGN feedback, the CGM, and the missing satellite problem.

活动星系核反馈在星系与星系团的演化中起到重要作用，是目前天体物理研究中的重要方向。环星系介质是活动星系核对星系反馈作用的重要场所，近几年在观测领域取得了重大突破，然而其理论研究与整体图像还急需发展。本项目拟利用数值模拟与解析方法研究活动星系核反馈及其对环星系介质与星系团介质的影响。一个重要课题是探索银河系费米气泡的辐射机制与起源，目前其主流起源模型包括申请者提出的银心黑洞喷流模型。为了直接与最新多波段观测进展相对比，申请者计划在磁流体程序ZEUS-MP中开发宇宙线能谱演化的模块。拟研究课题还包括环星系介质中温热气体的冷却、加热、空间分布，类似费米气泡的反馈现象对环星系介质的影响，星系尺度的失踪重子之谜，以及黑洞喷流如何加热并影响星系团介质。本项目的实施对我们理解活动星系核反馈、环星系介质、与失踪重子之谜都具有重要作用。

活动星系核反馈在星系与星系团的演化中起到重要作用，是目前天体物理研究中的重要方向。作为活动星系核反馈的一个主要场所，环星系介质也是当前天文学研究的一个新兴热点研究方向。本项目采用数值模拟与解析方法研究了活动星系核反馈、环星系介质、以及活动星系核反馈对环星系介质与星系团介质的影响，取得了重要研究进展，在国际主流天文学期刊上发表了8篇学术论文并培养了5名博士研究生（其中2人已经取得博士学位）。亮点研究成果--费米气泡的喷流激波模型--解释了银河系费米气泡与2003年ROSAT太空X射线望远镜发现的银心双圆锥形X射线外流的共同起源，引起了学术界很大关注，被Nature等学术期刊引用20多次，被国内外众多新闻媒体用多语种广泛报道，包括著名科学网站phys.org,、INAF、the Daily Galaxy, 科学网等（网址见后续第5部分）。另一代表性工作 -- 利用环星系介质测量银河系质量的新方法提出了测量银河系质量的一种独立新方法，也引起很大反响，被众多新闻媒体报道（网址见后续第5部分）。此外，本项目的研究还建立了一个银河系环星系介质的新模型，提出并发展了利用星系团中X射线空洞形状研究黑洞喷流性质的新方法，深入研究了“喷流模式”活动星系核反馈机制并作出了重要突破。正在筹备中的国家大科学工程宇宙热重子探寻计划(HUBS)是将来研究环星系介质与活动星系核反馈的重要设备，项目负责人也参与了其科学工作组，并在撰写科学白皮书与首篇科学论文中作出了贡献。