活动星系核反馈的若干问题研究

The co-evolution of the central supermassive black hole and the host galaxy is an important topic in astrophysics today. It is widely believed that the interaction between the radiation, jet, and wind from the central active galactic nucleus (AGN) and the interstellar medium in the host galaxy, i.e., AGN feedback, plays a crucial role. This is still a young field, many unsolved problems still remain. In this proposal, we plan to use the observational data, combining with some most recent progresses in the theory of black hole accretion, study several questions based on analytical and especially numerical simulations. These questions include the physical properties of winds and jet, the radiative feedback in the radio mode, the interaction between outflow and interstellar medium, how to stopping cooling flow with wind, and the AGN feedback in an isolated galaxy. This study will help us to understand how the central black hole and the host galaxy co-evolve, and how the AGN feedback plays its role.

黑洞与星系的共同演化是目前天体物理中的重要研究方向，而目前广泛认为导致该共同演化的主要物理机制是活动星系核反馈，即中心活动星系核的辐射、喷流、风与宿主星系中的星际气体之间的相互作用。这一领域仍然比较年轻，存在大量的未解决的问题。本课题拟利用观测数据，结合黑洞吸积领域的一些最新研究成果，通过解析的尤其是数值模拟的方法，系统研究该领域的若干重要问题。这些问题包括喷流与风的物理性质、射电模式下的辐射反馈的重要性、风与喷流与星际介质的相互作用、风对于阻止星系与星系团中冷却流的作用、以及孤立星系中的活动星系核反馈的具体过程等。本课题的实施对于我们理解星系与黑洞是如何共同演化的、活动星系核反馈如何起作用的这些问题具有重要作用。

黑洞与星系的共同演化是目前天体物理中的重要研究方向，而目前广泛认为导致该共同演化的主要物理机制是活动星系核反馈，即中心活动星系核的辐射、喷流、风与宿主星系中的星际气体之间的相互作用。这一领域仍然比较年轻，存在大量的未解决的问题。本课题结合观测数据，利用解析的尤其是数值模拟的方法，系统研究该领域的若干重要问题。这些问题包括喷流与风的物理性质、风与喷流与星际介质的相互作用、风对于阻止星系与星系团中冷却流的作用、以及孤立星系中的活动星系核反馈的具体过程等。经过5年的研究，我们在上述问题上都取得了一定成果。最主要的成果是我们主导发展了专门研究星系尺度上活动星系核反馈对于星系演化的影响的数值模拟程序(MACER)。目前国际上大部分有关活动星系核的数值模拟研究工作都是在宇宙学尺度进行的。这样的方法有其优点，但是由于分辨率不会很高，不利于我们理解反馈的具体物理机制。我们开发的这一性程序具有分辨率高、活动星系核反馈物理准确的优点。我们进一步利用该程序研究了孤立椭圆星系的活动星系核反馈对黑洞质量演化、星系中的恒星形成、活动星系核占空比等几个方面的系统影响，其中一篇文章获得了美国天文学会与IOP出版社联合颁发的高引用论文奖。在黑洞吸积风的方面，我们利用观测数据以及数值模拟方法，发现了典型低光度活动星系核中的热吸积流存在风的直接观测证据。我们还利用广义相对论框架下的磁流体力学数值模拟，结合虚拟粒子轨迹线方法，系统研究了不同磁化强度的吸积流、不同黑洞自旋情况下的风的物理性质并与喷流的性质进行了比较，发现了风在反馈中具有潜在的重要性，其中一篇论文也获得了高引用论文奖。此外，我们参与的黑洞照片国际合作工作获得了基础物理突破奖。