活动星系核的光学紫外波段光变

论文摘要

自从活动星系核(AGN)被发现以来,它的非周期性光变就为人所知;这样的光变覆盖了从射电波段一直到X射线、伽玛射线波段。近年来,随着时域天文学的发展,活动星系核的光变研究越来越得到重视。对活动星系核光变的研究,能极大的推进我们对活动星系核方方面面的理解,包括其吸积盘的辐射及尺寸、宽发射线区气体的分布及物理、吸积盘和X射线冕区之间的联系、红外辐射的过程和物理性质等等。此外,对光变的理解也能帮助我们从光变的角度来选活动星系核的样本。我们在本论文的第一章简单地介绍了活动星系核的特征、辐射机制以及物理结构。紧接着,在第二章我们重点关注了活动星系核光变的特点,并详细介绍了研究光变的种种数学描述方法以及物理模型。这些数学描述和物理模型是本文后面两个主要工作的背景和基础。本论文主要集中关注的是活动星系核的颜色光变性质。更明确的说,是颜色光变的时标依赖特点,也就是颜色光变在不同的时标上,表现出不同的幅度。在论文的第三章,我们将在紫外波段研究颜色光变。这部分的工作不仅仅用独立的数据确认了颜色光变的时标依赖特征,还将这个特征从光学波段延伸到了极紫外波段。利用GALEX获得的类星体样本的光变曲线,我们首先在观测参考系中研究了这些光变曲线的结构函数,通过结构函数先确认了紫外波段乃至极紫外波段类星体变亮变蓝的特点。接着,我们用两种方法确认了颜色光变的时标依赖关系:其一是比较不同波段的光变幅度,这个光变幅度用结构函数来刻画;其二是通过颜色光变的θ表示方法,在保证光变曲线的同时光变特点的前提下,确认了颜色光变的时标依赖特点。而且,在第二个方法中,为了排除测光误差对光变信号的干扰,我们还采用模拟的手段修正了直接计算得到的颜色光变结果,并确定修正之后颜色光变的时标依赖特性依然存在。在这些结果的基础之上,我们进一步通过划分样本,确定了这个颜色光变时标依赖关系同时也是依赖于样本的红移的,但是,这个关系对样本光度的依赖却并不显著。更深入的,通过对结构函数的细致刻画,以及阻尼随机漫步(DRW)模型对紫外波段颜色光变不完全成功的模拟,我们确认了光变在紫外波段已经偏离了 DRW模型。本文的第四章介绍了另外一个关于颜色光变的工作。在这个工作中,我们将视线从遥远的类星体样本聚焦到近邻的单个活动星系核NGC 5548上。利用Swift太空望远镜提供的六个波段短间隔、高质量的光变曲线,我们检查了其光变的同时性以及颜色光变的特点。首先我们确认了,这六个波段中,每两个波段的颜色光变都是时标依赖的。这是首次在单个AGN中确认了颜色光变的时标依赖性质。接着,我们重点研究了活动星系核光变的照射/再辐射模型。利用观测的光变曲线以及时延,我们严格限制了模型输入的中心照射源的光变曲线以及吸积盘的尺寸,得到了模型输出的Swift六个波段光变曲线。我们发现,即使模拟光变曲线的时延特征和观测一致,即使六个波段的光变曲线也能和观测的吻合得相当好,但模型产生的光变曲线的颜色光变性质仍旧和观测到的性质有很大的不同。而且,通过多个不同的模拟,我们发现,这样的不同是不能用光变曲线的短时延、有光变的宽发射线的污染、光变曲线不规则的采样、被低估的测光误差、可能存在的协方差误差等来解释。也就是说,单单靠照射/再辐射的吸积盘光变模型并不能解释活动星系核的光变特征。我们用颜色光变给这种流行的模型提出了一个难以解决的新的挑战,并再次展示了颜色光变在研究活动星系核吸积物理中的独特作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 活动星系核的简介
•   1.1 活动星系核的观测特征
•   1.2 活动星系核的主要辐射机制
•   1.3 活动星系核的物理结构
• 第2章 活动星系核的光变
•   2.1 引言
•   2.2 活动星系核光变的基本特征
•   2.3 活动星系核光变的数学描述
•     2.3.1 光变曲线之间的时间延迟
•     2.3.2 光变的功率谱（PSD）
•     2.3.3 光变曲线的结构函数
•     2.3.4 阻尼随机漫步模型
•   2.4 活动星系核的颜色光变
•     2.4.1 颜色光变的发现以及物理解释
•     2.4.2 颜色光变的传统计算
•     2.4.3 颜色光变的角度描述
•     2.4.4 时标依赖的颜色光变
•     2.4.5 用不均匀吸积盘模型解释颜色光变
•   2.5 小结
• 第3章 类星体紫外光变的研究
•   3.1 从光学到紫外: 深入吸积盘内部
•   3.2 紫外光变的类星体样本
•     3.2.1 GALEX望远镜的介绍
•     3.2.2 GALEX数据与光变曲线
•   3.3 紫外波段光变曲线的结构函
•   3.4 紫外波段的光变对称性
•   3.5 紫外波段的颜色光变
•     3.5.1 从结构函数到颜色光变
•     3.5.2 紫外波段颜色光变的角度描述
•     3.5.3 对测光误差带来影响的改正
•   3.6 关于颜色光变的进一步讨论
•     3.6.1 颜色光变的红移依赖关系
•     3.6.2 与不均匀吸积盘模型结果的对比
•   3.7 小结
• 第4章 NGC 5548: 颜色光变的个源分析
•   4.1 引言
•   4.2 NGC 5548的Swift观测
•     4.2.1 Swifi望远镜的介绍
•     4.2.2 活动星系核的Swift多波段光变观测
•   4.3 照射/再辐射的吸积盘模型
•   4.4 观测和模拟光变曲线的对比: 时间延迟
•   4.5 观测和模拟光变曲线的对比: 光变曲线
•   4.6 观测和模拟光变曲线的对比: 颜色光变
•     4.6.1 针对完美采样的模拟光变曲线
•     4.6.2 按照观测光变曲线来采样模拟光变曲线
•   4.7 讨论
•     4.7.1 照射/再辐射模型的传统缺陷
•     4.7.2 颜色光变对它新的挑战
•   4.8 小结
• 第5章 总结与展望
•   5.1 对结构函数斜率的思考
•   5.2 混合的吸积盘模型
• 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

文章来源

类型: 博士论文

作者: 朱飞凡

导师: 王俊贤,蔡振翼,Niel Brandt

关键词: 吸积,吸积盘,时域天文学,光变,星系活动星系,个体,类星体综合

来源: 中国科学技术大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 天文学

单位: 中国科学技术大学

分类号: P157.6

DOI: 10.27517/d.cnki.gzkju.2019.000433

总页数: 131

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