射电活动星系核中的吸积模式和喷流形成研究

吸积和喷流是高能天体的重要研究对象，一般认为相对论性喷流的形成可能和黑洞自转有关，近期的相对论数值模拟也支持这样的观点。然而观测表明一些活动星系核（如MCG-6-30-15）中央黑洞是高速自转的，但它们却是射电宁静的,这说明黑洞自转可能仅是喷流形成的重要条件之一，黑洞吸积活动或其它因素也许对喷流的形成产生了重要影响。本项目将以射电活动星系核的观测现象为出发点，主要研究：（1）不同类型射电活动星系核中的吸积模式与吸积燃料供应；（2）喷流的形成与吸积模式和黑洞自转的关系。通过观测和理论对比，研究黑洞自转和吸积过程的演化在喷流形成以及射电活动星系核演化过程中所起的作用。同时，对射电活动星系核中黑洞质量、黑洞自转、吸积过程和喷流物理的研究也将对我们理解活动星系核甚至星系的整体演化有重要意义。

申请人计划研究射电活动星系中喷流物理以及喷流形成的机制，并进一步研究吸积和喷流过程在不同尺度黑洞天体中的表现。通过三年时间的研究，较好的完成了当初提出的科学目标，并在一些研究方向有所新的发现。申请人和指导的学生在主流天文学期刊上共发表论文11篇（其中国际著名天文学期刊ApJ 7篇MNRAS 2篇），另外还有三篇文章在审稿中（ApJ 1篇，MNRAS 2篇）。在该基金的支持下，申请人指导了4名博士生、2名硕士生（1名已毕业）和1名博士后（已出站）参与该课题研究，其中1名博士生目前到欧洲核子中心丁肇中教授团队进行联合培养。我们把主要的科学结果总结如下：1）利用一批具有相似黑洞质量的活动星系核来模拟单个黑洞的演化，发现喷流或外流的强弱主要依赖于热等离子体的多少（比如ADAF或冕），这对理解喷流或外流的形成具有重要意义；2）利用近期的Fermi和其他多波段准同时性数据，发现blazar喷流中很可能含有大量正负电子对； 3）近期发现很多黑洞双星的射电-X射线关系比原来发现的0.6次方关系陡得多（如~1.4次方关系，这些源被称为‘例外源’），我们利用RXTE数据研究发现，射电-X射线关系与X射线谱演化有密切关系，当X射线普指数和流量呈反比关系时，射电-X射线符合0.6次方关系，而当X射线普指数和流量呈正比关系时，射电-X射线关系符合1.4次方关系，该结果给出不同的射电-X射线关系是由吸积模式转换导致的证据，进一步的理论计算支持这个结论；4）发现黑洞自转可能在吸积盘动力学（如扭曲盘）和喷流形成中起到重要作用（如NGC 4258）；5）发现黑洞双星中的例外源和明亮活动星系核性质类似并进一步给出了一个新的辐射有效黑洞的基本面关系；6）发现超大黑洞质量的blazar天体和恒星级伽马暴具有相似的时变-洛伦兹因子、时变-伽马射线光度等关系，进一步给出了二者相似性的证据。此外，申请人还就伽马暴中央引擎的特性、星际等离子体中磁场的限定等也做了一定研究，主要结果也都发表在国际知名天文学杂志上。