恒星潮汐撕裂事件的红外回响和活动星系核的x-射线辐射

摘要

随着多波段测光和光谱重复巡天的开展，天体爆发事件的发现和研究也越来越多，揭示出很多有趣的天体物理现象和性质。超大质量黑洞潮汐撕裂恒星事件(简称潮汐撕裂事件或TDE)属于非常有趣也是发生概率很小的事件。我们基于WISE的数据在五个TDE中发现了它们的红外回响信号，极大的丰富了对此类事件及其中心黑洞周围介质的研究和理解，打开了一个发现TDE候选体和研究休眠黑洞周围环境的新窗口。此外，我们还利用XMM-Newton空间望远镜的数据对近邻活动星系核的X-射线辐射特性开展了研究。本文将分别简要综述这两个方面的研究背景，然后详细介绍我们的具体工作，最后对我们在这两个方面工作进行总结和展望。
　　潮汐撕裂事件的红外回响:我们利用WISE和NEOWISE-R近期释放的数据，在TDE ASASSN-141i中发现了明显的红外光变信号。ASASSN-141i是在最近十余年里发现的距离我们最近的TDE之一，其在紫外、光学、X-射线和射电多个波段都有很好研究。与TDE爆发前的中红外波段的亮度相比，我们发现在TDE被光学波段探测到36天后（或潮汐撕裂光度达到峰值后110天），这个源在W1、W2波段分别变亮了0.12、0.16星等。与之对应的黑体温度估计为～2100 K，比通常的尘埃升华温度稍高，表明其所处的位置在尘埃升华半径附近。如果认为这个红外波段增强信号来自于黑同周围的尘埃，利用加热和辐射平衡，我们得到TDE的热光度在1043-1045 erg s-1之间（其范围主要由尘埃颗粒大小的不确定性引起的），与其它波段观测得到的峰值光度相当。该研究首次在观测上证实TDE的中心黑洞附近尘埃的红外回响信号的存在。
　　除了ASASSN-141i之外，我们还对已知的四个暂现强冕线TDE候选体的红外回响进行了研究。这四个TDE的闪耀发生后均探测到持续的中红外辐射的大幅衰减，持续时间可以达到闪耀发生14年之后。在这些源的光学冕线闪耀发生3-5年后，即WISE卫星首次探测到这些源时，其中红外波段再辐射的光度在0.4-2×1043 erg s-1之间，尘埃温度在570到800K之间。其光度和尘埃温度都随时间下降。这些中红外辐射衰减信号可以解释为潮汐撕裂闪耀的红外回响。利用加热和辐射平衡，我们得到的热光度在1-30×1044 erg s-1之间，距中心黑洞几个pc距离处的热尘埃质量为0.05-1.3M⊙。我们的研究结果表明:在气体丰富的环境中，中红外回响信号是TDE的一个普遍信号。
　　活动星系核的X-射线辐射:我们分析了一个红化的窄线Seyfert1型亮星系Was61的X-射线光谱及其时变特征。XMM-Newton对该天体曝光90 ks，获得了高信噪比的X射线光谱和光变曲线。其能谱表现出多个特征，包括电离吸收、软X-射线过剩、和Fe Kα发射线。根据能谱拟合，其幂律连续谱谱型在流量变化时基本保持不变。其中的吸收物质被轻度的电离，柱密度为3×1021 cm-2，并在XMM-Newton的观测时间内保持不变。如果这个源的光学红化也是由同样的物质引起的，这些物质应该在窄线区外侧，其尘气比与银河系的类似。有趣的是，我们探测到与连续谱流量变化相伴随的Fe K发射线的变化。在其流量较低的前40 ks内，观测到能量在(～)6.7 keV的宽Fe Kα发射线，并且该宽Fe Kα发射线特征在之后的光谱中消失。在后20 ks的曝光时间里，光子计数率比低流量阶段高35％，观测到线心能量为(～)6.4 keV，宽度为～0.1 keV的窄Fe Kα发射线，并且窄Fe Kα发射线在两天后的观测中依然存在。我们认为上述变化与X-射线发射冕区的几何结构和动力学变化有关。另外，软X-射线超的温度和流量与硬X-射线幂律成分的流量之间存在弱相关性。我们认为一个内区光学厚的热康普顿化吸积盘模型比电离反射模型可能更适合解释软超成分。
　　此外，作为主要合作者，本人还参与了对一个红移为6.3的极亮类星体的Chandra的探索性观测研究。这个源的X-射线辐射非常明亮，我们估计X-射线与光学波段之间的指数为αox=-1.22+0.07-0.05，表明与其他具有同等光学紫外亮度的类星体相比，该类星体具有较强的X-射线辐射。从这次探测得到的X-射线特征来看，这个极亮类星体中心的黑洞很可能正处在super-Eddington吸积阶段。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 潮汐撕裂事件

1．1．1 潮汐撕裂事件的基础理论

1．1．2 潮汐撕裂事件的探测

1．1．3 潮汐撕裂事件的观测特征

1．1．4 潮汐撕裂事件的相关研究

1．2 活动星系核

1．2．1 活动星系核的分类

1．2．2 活动星系核的一般特征

1．2．3 活动星系核的统一理论

1．2．4 活动星系核的X-射线辐射

1．3 本文的内容安排

第2章 潮汐撕裂事件ASASSN-14li的红外回响

2．1 引言

2．2 潮汐撕裂事件ASASSN-14li的WISE光变曲线

2．3 讨论和小结

第3章 暂现强冕线TDE中的长时标大幅红外衰减——潮汐撕裂闪耀的尘埃回响

3．1 引言

3．2 数据分析和结果

3．2．1 各强冕线TDE的中红外光变曲线

3．2．2 中红外波段星系的辐射贡献

3．2．3 尘埃温度和中红外光度

3．3 讨论

3．3．1 紫外峰值光度

3．3．2 尘埃质量

3．3．3 与冕发射线的关系

3．4 小结

第4章 窄线Seyfert 1型星系Was 61的X-射线光谱和时变特征分析

4．1 引言

4．2 观测和数据处理

4．3 X-射线光谱分析

4．3．1 硬X-射线光谱和Fe Kα发射线

4．3．2 软X-射线超和热吸收成分

4．4 时变和光谱变化分析

4．4．1 X-射线光变曲线

4．4．2 光谱变化分析

4．5 讨论

4．5．1 热吸收体

4．5．2 Fe Kα发射线

4．5．3 软X-射线超

4．6 小结

第5章 总结和展望

5．1 潮汐撕裂事件的红外回晌

5．2 活动星系核的X-射线辐射

附录

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果