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    上海天文臺等提出活動星系核準周期爆發現象的新模型

    2022-06-14 上海天文臺
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    語音播報

      近期,由中國科學院上海天文臺博士生潘鑫、研究員李雙良、顧敏峰,浙江大學教授曹新伍,西班牙天體生物中心天文學家Giovanni Miniutti組成的合作團隊,提出了一種新的吸積盤模型來解釋近年新觀測到的活動星系核GSN 069中的準周期爆發現象(QPEs)。該模型對QPEs時標(即爆發周期)、爆發幅度與輻射譜演化過程方面的完整物理機制提供了統一解釋。

      活動星系核GSN 069的準周期性爆發(QPEs),主要表現在高能波段具有極短時標(數小時)的穩定周期性爆發。然而從現有的吸積理論和以往的“統一模型”來看,“統一模型”先前對活動星系核準周期爆發現象爆發周期的預測往往是幾百年甚至幾千年,因此對于GSN 069這種具有數小時極短爆發周期的天體來說,統一模型無法直接給出合理解釋。QPEs的極短爆發周期與近十來年天文學家關注的變臉活動星系核(Changing-Look AGNs)一樣,均對以往的統一模型提出了挑戰,而尋找這種罕見的天文現象背后的物理機制,能夠幫助天文學家在現階段難以通過望遠鏡觀測去分辨的情況下,進一步理解星系核心區域的結構與性質。 

      近年來,天文學家陸續發表了幾種模型來嘗試解釋QPEs,但這些模型主要集中在解釋QPEs的極短光變時標上,對于QPEs整體的觀測性質,比如光變輪廓、幅度與輻射譜演化目前還沒有較好的模型來進行全面解釋。中國科學院上海天文臺牽頭的研究團隊在以往關于變臉活動星系核模型的結構與QPEs光譜觀測中分析結論的基礎上開展研究,認為QPEs是在某些條件下薄盤的產熱與冷卻無法保持平衡而產生的準周期性爆發。對于GSN 069實際觀測與統一模型不符的時標問題,研究人員認為可以通過考慮吸積環境中有序大尺度磁場的存在來解決。 

      以往研究顯示,大尺度磁場的存在能夠有效地降低吸積盤溫度,使得吸積盤趨于穩定,并會使得靠近黑洞部分吸積盤結構偏離標準薄盤(內邊界存在一個額外的力矩)。因此研究人員認為GSN 069可能是一個具有較強大尺度磁場環境的吸積系統。在這種情況下,較高吸積率的吸積盤不穩定區域會被嚴重限制在最靠近黑洞的一個高溫狹窄區域,這也是為什么觀測到的QPEs時標會如此之短,并且只表現在高能波段的原因(圖2)。 

      研究人員通過推導吸積盤不穩定區域的演化方程,并用數值計算對其進行求解,得到了GSN 069的周期性爆發結果。通過與觀測比較,研究人員發現在光變的周期、輪廓、幅度,以及光譜的演化等方面,新模型均能夠很好地定性重現觀測結果(圖3-4)。進一步分析發現,新模型還能夠在光變中給出不同的“占空比”,預示了研究提出的新模型可能進一步解釋其他的QPEs源,具有一定普遍意義(圖5)。 

      潘鑫表示:“就目前的QPEs觀測來說,數據樣本量還比較少,我們期待發現更多的QPEs源,給出更多的約束條件,以驗證這個新模型的合理性,并進一步完善這個模型,從而能夠更為深入地去探索活動星系核中心正在發生的物理過程?!?span> 

      相關研究成果發表在《天體物理學雜志-通訊》上。 研究工作得到國家自然科學基金和中國空間站項目的支持。 

      論文鏈接 

      圖1.Miniutti等人發現的GSN 069中的QPEs(0.4-2 keV)。a和b是牛頓空間望遠鏡觀測到的X射線波段的光變曲線,c是錢德拉空間望遠鏡觀測到的X射線波段的光變曲線

      

    圖2.模型結構示意圖。由于大尺度磁場的存在,不穩定區域被限制在了靠近黑洞的狹窄范圍內,即圖中橙色部分

    圖3.模型光變曲線與觀測數據的對比,可以看到模型所給出的光變爆發模式(實線)與觀測(灰點)能夠很好對應 

    圖4.模型光譜演化與觀測數據對比。模型的光譜演化結果(虛線)與觀測數據(彩色點)能夠在演化趨勢上很好對應

    圖5.不同粘滯假設條件下的光變曲線。模型的在不同粘滯參數條件下能夠爆發出不同“占空比”的光變模式

    打印 責任編輯:閻芳

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