黑洞X-射线双星光谱演化的理论研究

The study of spectral states and the spectral state evolution of black hole X-ray binaries (BHXBs) is a very important topic in modern high energy astrophysics. It is generally believed that the diverse spectra states, and the transition among them are mainly governed by the mass accretion rate. In this project, as the first time, we are going to study the interaction between the cold standard accretion disk and the hot corona considering the dynamics and the radiation simultaneously. We expect to sketch a scenario describing the spectral state evolution. Our model is expected to be applied to explain the observed diverse spectral features, and the observed phenomena during the spectral evolution in BHXBs, e.g., Г-λ correlaiton (Γ is the hard X-ray photon index, λ is the Eddington ratio), Г-R (R is the reflection scaling factor, defined as R=Ω/2?). Our work will make the study of spectral states and the evolution in BHXBs have strong physics, and ultimately promote our understanding of the motion of the matter in the strong field around a black hole.

对黑洞X-射线双星的光谱态及其演化的研究是现代高能天体物理中一个非常重要的研究课题。 一般认为黑洞X-射线双星表现出的不同光谱态，以及各种光谱态之间的转变主要是由吸积率决定的。 在本项目中，我们将首次同时包含动力学和辐射去研究冷的吸积盘和热冕的相互作用过程， 并建立一个物理上自洽的黑洞X-射线双星的光谱态随吸积率的演化图景。 我们的理论将被用来解释黑洞X-射线双星处于不同光谱态的光谱性质，以及黑洞X-射线双星在光谱态演化过程中的一些重要观测事实， 如硬X-射线光子指数Г随爱丁顿比λ的演化关系，硬X-射线光子指数Г随无量纲的反射因子R的演化关系(R=Ω/2ￗ, Ω表示冷的吸积盘对热冕的张角)。 我们的研究将使得对黑洞X-射线双星的光谱态及其演化的研究建立在坚实的物理基础上， 并最终提升我们对黑洞周围强引力场中物质运动规律的认识。

众所周知，黑洞双星系统表现出非常复杂的光谱态，并且不同光谱态之间存在相互转化现象。特别当黑洞双星系统处于低/硬态时，观测上表现出更为复杂的光谱和光变性质，并且伴随着相对论性喷流的产生。一般认为，黑洞双星系统复杂的X射线光谱以及射电性质等都与黑洞系统的吸积率密切相关。在本项目中，我们从理论上建立了黑洞X射线双星的光谱态随吸积率的演化图景。作为一个具体实例，我们的模型成功地解释了一类黑洞双星系统当处于较亮的低/硬时，射电光度和X射线光度的相关关系（outlier关系），这对于我们理解黑洞双星系统中吸积和喷流耦合的物理原因具有非常重要的意义。我们将黑洞双星系统中恒星级黑洞的吸积理论推广到中心拥有超大质量黑洞的活动星系核中，我们的研究支持黑洞双星系统中不同的光谱态可能对应不同类型的活动星系核。