X射线极亮源和中等质量黑洞

Ultraluminous X-ray sources in nearby galaxies can be the long sought intermediate mass black holes, or stellar mass black holes with special radiation mechanisms under special accretion state. This program aims to address the fundamental question whether ultraluminous X-ray sources are intermediate mass black holes via dynamical mass measurements of two ultraluminous X-ray sources and studies of hyperluminous X-ray sources in nearby galaxies. We will mainly use the data from observational programs with Hubble Space Telescope, Chandra X-ray Observatory, Keck 10-m telescope, and Gemini 8-m telescope for which the applicant was the Principal Investigator. With these data and using our own reduction and analysis tools upon large amount of archival data, we expect to make substantial progress in this field.

最近被广泛关注的X 射线极亮源可能是与早期星系形成等过程有关联的中等质量黑洞，或是具有特殊辐射机制、处于特殊吸积状态的恒星级黑洞。本项目通过估计两个X 射线极亮源的动力学质量以及验证超极亮源是否普遍存在来解答X射线极亮源是否中等质量黑洞的问题。本项目大部分工作所需要的数据都是申请人作为项目负责人经过和世界其他团组激烈竞争后从哈勃空间望远镜(HST)、钱德拉X 射线天文台(Chandra)、凯克十米望远镜(KecK)及双子座八米望远镜(Gemini)所成功获得的，代表了本领域最前沿的动向和最先进的数据。利用这些自主获得的数据以及使用我们自己的方法分析大量档案数据，并使用中科院国家天文台的大型计算机群进行模型拟合,我们希望最终解答关于中等质量黑洞是否普遍存在这个困扰天文学家已久的棘手问题。

X射线极亮源（ULX）的观测和研究是近年天体物理学的重要领域之一，因为ULX很可能是中等质量黑洞----黑洞等阶形成理论中最重要的一环。我们对河外星系M81中超软极亮X射线源（M81 ULS1）进行了一系列的光谱观测，结果表明，蓝移的宽Hα发射线，是重子物质相对论喷流的证据。喷流的进动导致发射线随时间变化，其投影速度约为17%的光速，这与微类星体的原型SS433极为相似。这种相对论喷流不可能起源于白矮星，而是起源于中子星或黑洞，这与M81 ULS1的超软X射线光谱相矛盾。X射线超软源中相对论喷流的发现，打破以往对喷流形成的理论认知。处在超爱丁顿吸积状态，并拥有光厚吸积盘外流的黑洞，可以用来解释这种超软谱态与相对论喷流的共存现象。. 另一方面，我们基于LAMOST的大样本恒星光谱，结合海量钱德拉X射线档案数据研究不同恒星族的X射线辐射，使用GALEX紫外全天巡天数据研究恒星色球层及星冕的远紫外辐射及对可居住行星搜寻的影响，使用FIRST 21厘米射电巡天数据研究星冕结构和射电辐射以及超强恒星射电辐射的机制，使用Kepler连续监测的恒星光变曲线研究不同恒星的耀发、旋转和活动周期，从而在大样本下深化对恒星结构与活动性的理解，并和太阳对比研究，深化对作为恒星的太阳的理解。. 通过本项目的支持，刘继峰作为第一作者、国家天文台为第一单位在《自然》发表文章一篇，本科研团组已经在ApJS、ApJ、MNRAS等国际一流天文杂志上发表了21篇相关学术论文。