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高光度活动星系核和暗弱银心天体Sgr A~*的射电观测研究

安涛  
【摘要】:活动星系核(AGN),顾名思义,是指活动星系的核心。活动星系的辐射除了主要来自恒星的热辐射外,还有一定量的非热辐射,而这些非热辐射产生于核心很小区域内,且常伴有强发射线。通常所说的活动星系核现象就是指发生在星系核心的高能天文现象。一股认为活动星系核的能量来源于中央超大质量黑洞的吸积过程。活动星系核的“统一模型”认为不同种类AGNs的差别主要是取向效应造成的。当相对论性喷流和视向非常接近时,观测到的核的亮度会由于多普勒效应被放大很多倍,喷流分量的视横向运动也会因为投影效应被放大甚至超过光速。EGRET空间高能γ射线望远镜在高于100MeV的波段上检测到66个活动星系核,它们的辐射具有高度相对论性,在分类上被归为blazar天体。攻读博士期间我参加了EGRET活动星系核子样本的观测研究,对主导详细研究了几个样本源。 最近几年对邻近星系的巡天观测发现一些近邻亮星系的核心包含着致密的射电源,这些位于星系核心的致密射电源具有很多类似于典型的高光度活动星系核(AGN)的观测特征,有些人认为这些星系核心有可能包含着类似于AGN的中央超大质量黑洞系统。但是相比之下,近邻星系核的亮度较低,亮温度约10~8K,因此这些近邻星系核被命名为低光度活动星系核(LLAGN)。我读博士期间还参加了一个典型的低光度活动星系核—银河系中心致密射电源Sgr A~*的多频率射电观测研究工作。 本文的主要研究工作分为两大部分:第一部分由第一章到第五章组成,主要研究了三颗核主导活动星系核(1502+106,1611+343和3C 273)和一颗致密陡谱源(3C 286)的射电观测辐射性质。第二部分由第六章和第七章组成,对银河系中心致密射电源Sgr A~*的多频率射电观测进行了分析研究。第三部分(第八章)对今后的研究方向进行了展望。 第一章对活动星系核的观测性质进行了概括性介绍,并简单介绍了本文的研究内容。 第二章对一个高偏振类星体1502+106在射电波段进行了多历元、多频率分析研究,观测历元从1994年6月到2002年12月共8年多时间,观测频率包括了2.3、5.0、8.3、24.4和43.1 GHz。文中给出了不同分辨率下1502+106的毫角秒尺度射电图像,揭示了一个连续的弯曲喷流结构。我们利用8年间的观测数据,对1502+106毫角秒尺度喷流分量的自行进行了测量,在4个分量中检测到视超光速运动,估算的速度分布在10.5c和37.3c之间,这个结果显示出1502+106中存在非常接近视线方向的高度相对论性喷流。我们的观测结果显示1502+106的射电观测性质和γ射线辐射强的blazar天体很相似,它可能是一个EGRET源,但是还需要进一步证认。 摘要 第三章对光学迅变体1611+343的5 GHZ EVN观测资料进行了分析处理。1611+343的总 强度图显示在核南方距离约3毫角秒处喷流有一个向东约90度的弯曲,偏振强度图显示在这 个喷流弯曲的位置上偏振强度达到了最大。文中分析了倾斜激波反射导致喷流弯曲的可能 性。射电核的亮温度超过能均分极限,喷流分量的视横向速度超过光速,这些观测结果显 示1611+343中存在相对论性束流。文中将过去20年中射电流量监测和过去9年中喷流分量喷 射作了相关性研究,发现4个喷流分量的喷射和射电流量爆发相关。 第四章对类星体3C 273的VLA两历元、双频率射电观测资料进行分析处理,揭示了不 同分辨率下3C 273的千秒差距尺度射电结构。3C 273的射电喷流形态和谱指数分布符合“回 流”模型。本文在射电波段发现了喷流末端热斑中谱指数反转,这一观测现象意味着热斑中 的相对论性电子重新加速,而磁重联过程可能是导致电子重新加速的原因。 第五章分析了致密陡谱源3C 286的两历元双频VLA观测,给出了高动态范围的千秒差距 尺度射电图像。在中央分量和西部分量之间有一些团块状结构可能是喷流和星际介质相互作 用造成的。整个源结构被陡谱成分主导。文中对核主导因子和正反向喷流亮度比等相对论性 束流效应的指标进行了分析,发现千秒差距喷流不存在相对论性束流效应。本文的结果符合 喷流起始处弯曲对3C 286射电结构的解释。 第六章回顾了银心致密射电源 SgrA*的研究历史,概述了它的辐射性质。 第七章详细介绍了历元2003一06一17在七个射电频率上的VLA观测以及数据处理过程,并 对观测结果进行了分析讨论。我们在90厘米波段的VLA观测中检测到SgrA*的辐射,从而肯 定了最近三年中发表的1 GHz以下检测到SgrA*的观测结果。历元2003一06一17的观测是首次在 射电波段上进行的多频率观测,观测波段从90厘米到7毫米,我们的射电观测和同一天其它 波段(亚毫米波、红外和x射线波段)的观测结合在一起构成了SgrA*全波段观测!本文分 析了射电观测谱在低频90厘米波段向下弯转的物理机制,并分析了过去30年中低频观测谱 反转频率(七urllove frequency)的变化。我们认为低频波段谱形向下弯转是因为吸积半径内 “自由一自由”吸收光深在低频增大造成的;而来自SgrA*附近的超大质量恒星的恒星风的 变化导致进入吸积半径内的吸积流成分发生变化,引起 SgrA*“自由一自由吸收”低频截止 频率在过去30年内从约1.5 GHZ转移到0.4 GHZ附近。 第八章对今后将要开展的研究进行了展望。我们已


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