黑洞X射线双星的光学研究及利用LAMOST寻找系内黑洞候选体

The research to find more black hole(BH) candidates with LAMOST is extremely valuable, because the number of identified BH X-ray binaries in the Galaxy, just about 20, is unbelievable five orders of magnitude less than the theoretical expectation. The group led by Jifeng Liu is now searching more BH candidates by the identification of spectral lines in sources with UV excess. The aim of this project is to find more BH candidates from the over-rejected sources, based on more carefully theoretical study about the spectral features in optical/UV band for BH X-ray binaries in different states. Our study may relax the conditions taken by Liu’s methods. The successful conduction of this project will make us understand the optical spectra of BH X-ray binaries more clearly, and find even more BH candidates from the survey of LAMOST.

银河系内已证认的黑洞X射线双星仅有20个左右，不足理论估计数目的十万分之一，可否通过LAMOST的光学观测帮助我们证认更多的黑洞双星非常值得研究和尝试；目前,国家天文台刘继峰研究员提出利用紫外盈余结合谱线证认的办法搜寻黑洞候选体。本项目试图通过对黑洞X射线双星不同X射线态下光学光谱的研究，对刘的方法进行补充，在紫外盈余源的筛选过程通过某些特征连续谱搜寻黑洞候选体，如缺少发射线和吸收线的幂律谱、截断谱与幂律谱接合的谱形、谱指数为4/3的幂律谱等等。本项目的顺利执行将使我们对黑洞X射线双星的光学辐射过程有更清楚的认识，有望从LAMOST的巡天结果中找到更多的黑洞候选体。

目前银河系内恒星质量的黑洞候选远远小于预期值，如何找到更多的黑洞候选体是人们非常关心的一个问题。LAMOST巡天得到的海量数据为这一问题的研究提供契机。本项目旨在对黑洞吸积盘的多波段光谱进行系统的理论研究，在此基础上提出利用LAMOST寻找系内黑洞候选体的可能方法，并尝试寻找黑洞候选体。项目执行期间，我们主要对宁静态、中间态黑洞系统的多波段光谱进行研究。通过对宁静态黑洞的光谱研究，我们利用蒙特卡洛马可夫链的（MCMC）方法对观测数据进行拟合，并首次基于观测数据指出，在非常靠近黑洞的最内区，外流会受到显著抑制。在几十到一百个引力半径之外，外流大于0.6，而在几十个引力半径之内，拟合得到的外流指数基本为0。这一结果合理解释了为什么之前理论模型与数值模拟会得到不同的外流指数。通过对中间态黑洞的研究，我们发现对于不同的转变模式，紫外至软X射线波段的连续谱、相对论性铁线的轮廓等会有所不同，可以据此判断吸积模式转变的过程；此外，我们还发现中间态的喷流所产生的射电/X射线相关关系会与硬态情况下的关系有所不同。这些结果在理论及观测方面都有一定意义。内区外流受到抑制，对理论模型提出新的要求，对银河系中心黑洞视界的观测也有借鉴意义。中间态的光谱特征为人们理解态转变的过程有一定借鉴价值。