相對(duì)論厚吸積盤(pán)和扭曲盤(pán)的發(fā)射線及成像研究.pdf

1、活動(dòng)星系核的小尺度和高光度要求極高的產(chǎn)能效率，借助致密天體吸積物質(zhì)釋放引力能的高效特性而建立的黑洞—吸積—噴流的動(dòng)力學(xué)模型，現(xiàn)已稱為標(biāo)準(zhǔn)模型。黑洞的存在已為天文物理學(xué)界普遍接受，對(duì)黑洞吸積系統(tǒng)的研究也集中到確定系統(tǒng)的詳細(xì)特性上。黑洞證認(rèn)(質(zhì)量和自旋)和吸積盤(pán)研究成為活動(dòng)星系核研究的重要領(lǐng)域。但即使對(duì)于一個(gè)質(zhì)量為10<'8>M<,⊙>大小的黑洞來(lái)說(shuō)，其視界大小r～10<'-5>pc，中心吸積盤(pán)的幾何尺度也不過(guò)γ～10<'-0>pc的量級(jí)。

2、如此小的空間尺度又位于遙遠(yuǎn)的星系核心，天文學(xué)家用現(xiàn)有的觀測(cè)手段是無(wú)法直接分辨的。當(dāng)然對(duì)星系核的連續(xù)譜快速光變的觀測(cè)可定出發(fā)射區(qū)尺度的上限，但包含發(fā)射點(diǎn)狀態(tài)等可資利用的信息有限。幸運(yùn)的是，自然界為我們提供了一種極其有用的探測(cè)手段，譜線輪廓診斷的方法。如發(fā)自于吸積盤(pán)內(nèi)區(qū)的鐵Kα線和被認(rèn)為來(lái)自于吸積盤(pán)寬線區(qū)的寬巴耳末發(fā)射線等。發(fā)射線譜由原子和不同電離度離子的能級(jí)躍遷所致，是研究發(fā)射區(qū)物理的主要方法。對(duì)于黑洞吸積盤(pán)來(lái)說(shuō)，目前也是幾乎唯一的方法。

3、譜線輪廓特征如線寬、輪廓線不對(duì)稱性和微小平移等都攜帶發(fā)射區(qū)更多的信息。譜線流量比也能提供發(fā)射區(qū)物質(zhì)的狀態(tài)信息。目前這方面的工作主要是使用薄盤(pán)模型，根據(jù)吸積盤(pán)理論，當(dāng)吸積率提高時(shí)吸積盤(pán)會(huì)變厚，在外力矩作用下(潮汐力、引力拖曳等)吸積盤(pán)會(huì)發(fā)生扭曲。研究吸積盤(pán)厚度及扭曲對(duì)譜線輪廓發(fā)生的影響，無(wú)論在理論還是觀測(cè)上都具有十分重要的意義。本文新編了一套計(jì)算程序，用來(lái)計(jì)算相對(duì)論厚吸積盤(pán)和扭曲盤(pán)對(duì)再發(fā)射線輪廓的影響，并與觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行了比較，得出一些有意

4、義的結(jié)論。全文共分為四部分。 第一章引言部分，首先介紹了克爾度規(guī)的基本知識(shí)，列舉了各種粒子軌道，和剛性四標(biāo)架概念。接著回顧了吸積盤(pán)物理的相關(guān)知識(shí)，重點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)薄盤(pán)的介紹。最后引入了再發(fā)射線的概念。 第二章是相對(duì)論厚吸積盤(pán)的發(fā)射線及成像研究。以往的研究主要局限于開(kāi)普勒薄盤(pán)，這種盤(pán)在吸積率增大時(shí)會(huì)變厚并做亞開(kāi)普勒運(yùn)動(dòng)。這些會(huì)影響譜型的輪廓，反過(guò)來(lái)又會(huì)影響從觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)吸積盤(pán)系統(tǒng)的各參數(shù)的測(cè)定。我們建立了一個(gè)厚盤(pán)模型，詳細(xì)介紹了數(shù)

5、值計(jì)算方法。我們自編了一套數(shù)值計(jì)算程序，計(jì)算了一系列譜線輪廓隨各參數(shù)變化的函數(shù)關(guān)系。計(jì)算了吸積盤(pán)的紅移成像和流量成像圖。我們發(fā)現(xiàn)，譜線紅峰和藍(lán)峰之間的間距和相對(duì)高度隨吸積盤(pán)變厚而減小。在大傾角狀態(tài)下觀測(cè)，吸積盤(pán)的自遮蔽效應(yīng)非常顯著，以至于黑洞陰影區(qū)完全消失，這是標(biāo)準(zhǔn)薄盤(pán)所沒(méi)有的現(xiàn)象。 在第三章中，我們把上章中的程序進(jìn)行了拓展，使之能夠用來(lái)處理扭曲吸積盤(pán)的情況。我們提出了一個(gè)參數(shù)化的扭曲盤(pán)模型，并把施照源簡(jiǎn)化為中心點(diǎn)源處理。我們的

6、主要目的是認(rèn)識(shí)吸積盤(pán)的扭曲對(duì)雙峰巴耳末寬發(fā)射線的影響。模型參數(shù)數(shù)目與橢圓盤(pán)相當(dāng)。我們計(jì)算了寬巴耳末發(fā)射線隨系統(tǒng)參數(shù)的變化關(guān)系。計(jì)算同時(shí)考慮了順行吸積盤(pán)和逆行吸積盤(pán)的情況。而赤道薄盤(pán)無(wú)需這種分別。我們發(fā)現(xiàn)，扭曲盤(pán)能自然預(yù)言紅峰和藍(lán)峰高度比跨過(guò)1，也能產(chǎn)生三峰和雙峰并帶有次級(jí)翼展的譜線輪廓，這些都在SDSS光譜中觀測(cè)到。我們還將計(jì)算結(jié)果與觀測(cè)進(jìn)行了比較，對(duì)斯隆巡天數(shù)據(jù)中選擇的四個(gè)寬線源，發(fā)現(xiàn)模型能產(chǎn)生觀測(cè)光譜的主要特征。我們還計(jì)算了扭曲盤(pán)接