活動星系核的X射線觀測研究.pdf

1、活動星系核(AGN)被認為是宇宙中最亮的并且能持續(xù)發(fā)光的天體。大部份AGN都表現(xiàn)出很強的X射線輻射，因為AGN的X射線起源于AGN的最內(nèi)區(qū)，AGN的X射線觀測研究對于了解AGN的物理性質(zhì)十分重要。本文分別從AGN的寬FeKα發(fā)射線和X射線連續(xù)譜沒有吸收特征的Ⅱ型AGN兩個方面開展研究。
　　 AGN中心黑洞吸積盤上的高溫冕區(qū)產(chǎn)生的硬X冪律連續(xù)譜照射到吸積盤表面，被冷吸積盤物質(zhì)反射產(chǎn)生FeKα熒光發(fā)射線，受到引力紅移、多普勒效應等

2、影響，在觀測光譜中表現(xiàn)為6.4keV處寬而不對稱的復雜發(fā)射線輪廓，稱為寬FeKα發(fā)射線。寬FeKα發(fā)射線在很多AGN中被觀測到，是研究黑洞周圍物理性質(zhì)和物質(zhì)的幾何分布的重要途徑。在少數(shù)AGN中，寬FeKα發(fā)射線輪廓太向紅端延伸，不適用史瓦西黑洞模型，必須考慮極端克爾黑洞模型，此時黑洞周圍吸積盤寬FeKα發(fā)射線輻射區(qū)域內(nèi)半徑（假設延伸至黑洞最內(nèi)穩(wěn)定軌道，由黑洞自旋決定）可以更加靠近黑洞，引力紅移很強，發(fā)射線的輪廓往紅端延伸，岡此寬FeKα

3、發(fā)射線輪廓是測量超大質(zhì)量黑洞自旋的有效手段。
　　 然而，關于AGN的寬FeKα發(fā)射線的性質(zhì)存在劇烈爭辯，有一種替代模型認為觀測光譜中的寬FeKα發(fā)射線輪廓其實是X射線連續(xù)譜受到復雜電離吸收或者活動星系核的部分覆蓋吸收造成的。寬FeKα發(fā)射線模型和替代模型在觀測上并沒有統(tǒng)計性區(qū)別，人們采取了很多手段，比如擬合更寬波段的觀測數(shù)據(jù)以精確吸收，研究沒有或者熱吸收非常弱的bareSeyfertAGN，檢測反射譜相對連續(xù)譜的滯后等，仍然沒

4、有得出明確結(jié)論。這時，分析Ⅱ型AGN的寬FeKα發(fā)射線是一種新的思路，因為在替代模型中，Ⅰ型AGN的電離吸收有關鍵作用，而Ⅱ型AGN的X射線吸收由冷物質(zhì)主導，但是Ⅱ型AGN中寬FeKα發(fā)射線很少被觀測到。
　　 我們發(fā)現(xiàn)Ⅱ型AGNIRAS00521-7054的XMM觀測光譜中存在極強極寬FeKα發(fā)射線（靜止坐標系下EW=1.3keV），紅端延伸至3keV，最佳擬合模型是laor模型或者kerrconv*reflionx模型，自旋

5、參數(shù)0.97，表明IRAS00521-7054的中心黑洞是高速自旋的極端克爾黑洞。這是首次測量到一個Ⅱ型AGN中心黑洞的自旋。
　　 需要注意的是，理論計算表明，一個密度恒定的盤狀結(jié)構(gòu)被冪律連續(xù)譜照亮時，反射只能夠產(chǎn)生等值寬度小于800ev的寬FeKα發(fā)射線。IRAS00521-7054兩次XMM觀測的發(fā)射線等值寬度都很大，這在以前的AGN觀測中極其少見，儀儀Ⅰ型AGNMCG-06-30-10和1H0707-495中被觀測到。一

6、個可能的物理解釋是光線彎曲模型，當硬X冪律連續(xù)譜輻射區(qū)域足夠靠近黑洞，強大的相對論引力效應使我們觀測到很暗的X射線連續(xù)潛成分和穩(wěn)定的反射成分。
　　 同時，我們嘗試用不包括寬發(fā)射線的替代模型來擬合光譜，單成分的部分覆蓋熱/冷吸收模型被擬合優(yōu)度的卡方檢驗簡單排除。用雙吸收模型（1個吸收成分覆蓋100％，一個吸收成分部分覆蓋）來擬合光譜，擬合優(yōu)度的卡方檢驗仍差于寬FeKα發(fā)射線模型(△x2=9)，并且擬合得到的吸收的冪律譜非常陡（譜

7、指數(shù)「=2.8±0.1，大于99.7%XMM觀測到的AGN的譜指數(shù)）。我們的結(jié)論是，IRAS00521-7054的寬FeKα發(fā)射線不太可能是由X射線連續(xù)譜的復雜吸收造成的。當然要完全排除寬FeKα發(fā)射線的替代模型，我們需要更高質(zhì)量和更寬波段的X射線觀測。
　　 我們的第二項研究工作是X波段沒有吸收特征的工Ⅱ型AGN，出發(fā)點是AGN統(tǒng)一模型。按照AGN統(tǒng)一模型，Ⅰ型AGN和Ⅱ型AGN內(nèi)稟結(jié)構(gòu)相同，Ⅱ型AGN的光學光譜觀測不到寬發(fā)射

8、線是因為寬線區(qū)在視線方向上被光學厚的塵埃環(huán)遮蔽，很多Ⅱ型AGN的偏振觀測和近紅外光譜觀測觀測到隱藏的寬線區(qū)，對AGN統(tǒng)一模型給予了有力證明。目前，Ⅱ型AGN中一種新的類型，X波段沒有吸收的Ⅱ型AGN被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，這些AGN的X射線連續(xù)譜經(jīng)過擬合基本沒有吸收或者吸收太小，不足以解釋寬線區(qū)的缺失，預示著寬線區(qū)可能不存在，這對AGN統(tǒng)一模型是一種挑戰(zhàn)。然而，精確的擬合AGNX-ray光譜是很困難的。一方面，AGNX-ray光譜吸收往往比一個簡單

9、的冪律譜復雜，在許多情況下，還需要考慮軟X-ray過剩，熱吸收，部分覆蓋吸收，散射成分，反射成分，寬鐵線等。另一方面，寄主星系在軟X-ray波段的污染也不可忽略，雖然更好質(zhì)量和/或更高的空間分辨率的觀測數(shù)據(jù)，可以緩解這些困難，對大部分AGN的觀測來說，即使使用CHANDRA或者XMM，這些困難仍未根除。盡管某幾個X波段沒有吸收的Ⅱ型AGN是可信的，很多X波段沒有吸收特征的Ⅱ型AGN經(jīng)過高空問分辨率的觀測，被證明其實是X波段被嚴重遮蔽。<

10、br>　　 區(qū)別于以前對個源的研究，在本文中我們系統(tǒng)的揭示了寄主星系軟X波段貢獻對Ⅱ型AGNX射線連續(xù)譜的影響。紅外波段的[OⅣ]25.89μm發(fā)射線光度已經(jīng)被證明可以表征AGN內(nèi)稟光度，[NeⅡ]/[OⅣ]的發(fā)射線光度比則被證明可以表征寄主星系活動和核區(qū)活動的相對強弱。我們比較了12個X射線連續(xù)譜沒有吸收特征的Ⅱ型AGN和29個X射線連續(xù)譜有吸收特征的Ⅱ型AGN，發(fā)現(xiàn)前者的[NeⅡ]/[OⅣ]發(fā)射線光度比明顯高于后者，表明X射線連續(xù)

11、譜沒有吸收特征的Ⅱ型AGN，光譜中的寄主星系軟X波段貢獻比例更高，使連續(xù)譜的軟X波段抬高，譜型變陡，觀測最終得到?jīng)]有吸收特征的冪律連續(xù)譜。進一步研究發(fā)現(xiàn)，兩組AGN的[NeⅡ]發(fā)射線光度沒有明顯區(qū)別，前者的[OⅣ]發(fā)射線光度明顯低于后者。表明核區(qū)本征光度低的AGN更容易被寄主星系軟X波段貢獻干擾。另外我們由此引申出一個新的方法，通過比較恒星形成率經(jīng)驗公式對應的2-10kev流量和X波段2-10kev觀測流量，可以快速篩選出顯著被寄主星系