本星系群中超大质量黑洞辐射低效吸积流的多波段观测研究

Studies of the interaction and co-evolution between super-massive black holes (SMBHs) and their host galaxies continue to be among the frontiers of astrophysics. Multiwavelength surveys carried out in the past decades have established that most SMBHs in the local universe magnifest themsleves as low-luminosity galactic nuclei, which are widely thought to be powered by radiatively inefficient accretion flows. Understanding the physical structures and radiation mechanisms of such accretion flows pose great challenges to contemporary theoretical and observational studies. The three only known SMBHs in the Local Group, respectively hosted by the Milky Way, M31 and M32, are unique laboratories for studying the physics of radiatively-inefficient accretion, owing to their extremely low accretion lates, reliably determined dynamical masses, and proximity. Based on our newly acquired multiwavelength data and assisted with standard numerical models, we propose to study these three galactic nuclei, aiming to establish an empirical picture for dormant accretion flows and to address the underlying physical mechanisms.

星系中心超大质量黑洞和宿主星系之间的相互作用以及共同演化，是天体物理研究中的重要前沿课题。近年来开展的多波段巡天观测发现绝大多数近邻星系的中心黑洞表现为低光度的星系核，而与此同时发展起来的理论确立了主导与之相关天文现象的是一个低辐射效率的吸积流。进一步确定此类吸积流的物理结构、辐射机制以及其对周围环境的反馈模式和效率，是当前相关理论与观测研究面临的重要挑战。在已知的低光度星系核中，银河系、M31和M32的中心黑洞有着最低的吸积率、可靠的动力学质量测量，以及有利于高分辨率高灵敏度观测的近距离，因此它们构成了研究辐射低效的黑洞吸积流的理想平台。本项研究将以这三个星系核为对象，利用新近获得的以第一手资料为主的多波段观测数据，并辅以基于当前标准理论框架的数值模型，系统地建立在甚低吸积率下星系核的吸积流及其辐射的经验图像，并探讨在其中起主导作用的物理机制。

星系中心超大质量黑洞和宿主星系之间的相互作用以及共同演化,是天体物理研究中的重要前沿课题。观测与理论研究表明，近邻宇宙中绝大多数星系的中心黑洞表现为低光度的星系核, 其辐射很可能起源于一个低辐射效率的、平流主导的吸积流。进一步确定此类吸积流的物理结构、辐射机制以及其对周围环境的反馈模式和效率,是当前相关研究的焦点。银河系、M31和M32的中心黑洞是研究辐射低效吸积流及其反馈的理想平台，本项目对这三个中心黑洞开展了多波段观测研究，主要结果包括：(1) 利用Chandra数据系统分析了Sgr A*喷流候选体的X射线同步加速辐射，支持Sgr A*存在秒差距尺度的喷流；(2) 利用VLA多波段、多历元观测系统分析了M31*的射电辐射，在三个不同波段上首次探测到射电信号，并测量了瞬时谱指数，发现其符合喷流同步加速辐射的特征；利用VLBI探测M31*的小尺度结构，进一步支持喷流存在；(3) 利用VLA多历元、多波段观测首次探测到M32中心的射电辐射，发现其由秒差距尺度的延展结构主导，并符合同步加速辐射特征，很可能源自中心黑洞的外流。这些结果极大深化了对甚低吸积率条件下星系核辐射性质的认识，特别是其空间形态的多样性。此外，我们还利用多波段观测研究了Sgr A*、M31*与周围星族与星际介质的可能联系。