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[博士论文] 孙鹿鸣
天文学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:特殊天体的发现可能有重要的提示意义和重要的研究价值,因为一些普适的、本质的规律有可能在特殊类型天体中反映得更充分,并且特殊类型天体也可以用于检验规律的适用范围。最近几十年,活动星系核(AGN)和其中央引擎超大质量黑洞(SMBH)的研究有极大的进展,然而还有一些问题没有搞清楚。本文将从三个特殊的AGN的研究出发,讨论与SMBH吸积盘的热辐射、反冲的SMBH以及AGN的核区、星际乃至星系际环境气体物理性质和起源。
  第一个问题是SMBH吸积盘的热辐射。吸积盘的标准模型预言了黑洞吸积盘的热辐射谱。吸积盘的热辐射已经在恒星级黑洞双星的X射线(X-ray)观测中得到了证实,然而对于AGN中的SMBH吸积盘,观测证据还不充分。一般认为AGN的X-ray辐射主要来自于吸积盘之上的冕区而不是直接来自吸积盘。不过,对于质量稍小的中等质量黑洞,情况有可能不同。本文详细研究的第一个特殊AGN,RXJ1301.9+2747是一个塞弗特星系,我们根据光学光谱估计其中心黑洞质量约为8×105太阳质量。其X-ray光谱非常软,谱指数达到了7,远高于一般的AGN的接近2。我们发现其X-ray光谱可以由一个黑体辐射主导的模型描述,模型中的的黑体温度为30到40eV,和吸积盘模型预测值吻合。另一方面,RXJ1301.9+2747的X-ray光变曲线显示其会出现爆发态,持续时标1到2千秒,在爆发态流量会上升5到7倍,并且X-ray辐射会变硬。这种爆发态在约20ks的时标上重复出现,并且在间隔9年的XMM和Chandra观测中都出现了这种现象。这种光变现象非常罕见且有趣,原因尚不明确,值得后续研究。
  第二个问题是搜寻和研究反冲的SMBH。一般认为星系的并合会伴随着SMBH的并合,并合后的SMBH可能因为不对称的引力波辐射而获得反冲速度。数值相对论模拟发现这种反冲速度可能达到几千kms-1,使合并后的SMBH脱离星系中心。目前,还没有明确的反冲SMBH存在证据。我们找到了一个候选者类星体SBS1421+511,其Balmer宽发射线呈现了向蓝端倾斜的轮廓。我们发现其宽发射线可以用一个相对窄发射线有1400kms-1整体蓝移速度的圆盘辐射模型很好的拟合。这个蓝移速度可以解释成反冲速度,也可以解释成双黑洞的绕转速度,不过后一种解释和宽发射线轮廓在十五年的三次监测中速度几乎不变的观测事实矛盾。宽发射线轮廓还存在一些其他可能,需要进一步观测来排除。
  第三个问题是用吸收线研究AGN环境中的介质。类星体LBQS1206+1052具有两套吸收线,分别相对窄线蓝移700kms-1和1400kms-1。两套系统都具有MgⅡ和HeⅠ*吸收线,而第一套中出现了非常罕见的Balmer吸收线。Balmer吸收线一般示踪高密度介质,所以第一套吸收线对应的吸收气体也很可能具有较高的密度。我们对类星体的光谱监测显示两套吸收线都存在吸收强度的变化。我们用了一个简化模型——吸收气体的电离状态发生了变化并且其他所有物理参数不变——再现了所有的观测数据,并且模型推算的电离参数变化和光变曲线显示的连续谱变化一致。此外,吸收体移动的模型不能解释所有观测数据。因此我们认为LBQS1206+1052中的吸收线变化是光致电离驱动的。模型显示蓝移700kms-1的吸收气体密度为109到1010cm-3,到中央黑洞的距离约为1pc。这个研究对两个方向的研究有重要提示意义,一是可以对一个HeⅠ*吸收线样本进行光谱和测光监测,解决吸收线光变是电离状态变化还是吸收体移动导致这个问题;二是可以对Balmer吸收线样本进行监测,这有助于确定吸收体的位置和物理参数,进而可以系统性的研究AGN环境中高密度介质的分布。
[硕士论文] 孙玉涵
天文学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:类星体被发现在很宽的波长范围内都存在光变,并且光学紫外波段的光变通常是“变亮变蓝”的。然而光变背后的物理机制仍然存在未解之处。我们通过SDSSStripe82测光数据发现,短时标下的光学紫外波段的类星体光变,其颜色较长时标下的光变更蓝。这与更快速的光变来自于吸积盘更内区的模型框架是一致的。我们还利用GALEX近紫外和远紫外的测光数据,在静止系下更短波的位置拓展了我们的研究。我们确认了类星体颜色变化的时标相关性,将这一观测结果拓展到了更短波的波段。我们改进了Dexter&Agol的非均匀吸积盘模型,认为吸积盘上的热涨落的特征时标是依赖于涨落所在吸积盘处的半径,成功的再现出时标依赖的颜色光变模式,与观测数据相吻合,并且该模式不受非均匀的数据采样或是测光误差所影响。这说明我们在统计上可以通过使用不同时标下的光变辐射,来对类星体的吸积盘进行空间分辨,由此我们提供了一种有效的手段来映射原本空间上无法分辨的吸积盘。
  射电噪类星体中的喷流形成是天体物理中的一个基本问题。在对应的黑洞质量和吸积率下,探索射电躁类星体和射电静类星体之间,吸积盘内区性质的差别也许可以给出对此有帮助的线索。在本文的主要工作中,我们比较了SDSSStripe82天区中,射电躁类星体和对应黑洞红移、光度、黑洞质量下的射电静类星体的的光学紫外光变。我们发现,虽然在两类类星体样本中,光学紫外波段的光变都呈现“变亮变蓝”的趋势,射电噪类星体的颜色变化表现出明显更弱的时标依赖性。这表明吸积盘内区的性质,在射电噪和射电静类星体之间可能存在差异。我们还发现,在光学紫外波段中,两种样本之间虽然在长时标下表现出相似的光变幅度,射电噪类星体的短时标快速光变幅度相对更弱(光变时标在观测者坐标系下30~300天范围内)。射电噪类星体同时有着更红的SDSSg-r颜色。而在吸积盘非均匀热涨落模型的模拟中,如果我们使类星体的吸积盘内区的涨落变小,我们就可以再现出这种观测上的差异。我们通常认为在射电噪类星体中存在着较强的磁场,这对喷流的形成至关重要。我们从而引申出了一个有趣的结论,射电噪类星体中的磁场可以使吸积盘内部变得更稳定。
  
[硕士论文] 朱东春
天文学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:作为一种分析宽线区(Broad Line Region,BLR)几何结构和动力学性质的有效工具,截止目前,反响映射技术已经成功给出了超过60个活动星系核(AGN)中心超大质量黑洞(SMBH)的质量。根据这些RM观测数据,基于某一特定发射线的BLR尺寸与AGN的光度紧密地联系在一起,这就是我们熟知的R-L关系。R-L关系催生了单次观测谱定标黑洞位力质量公式。这个经验公式使得宽发射线可以用来估计AGN中心SMBH的位力质量,从而更广泛地研究SMBH的吸积物理、宇宙学演化和星系的形成与演化等多方面的内容。
  传统的RM技术主要针对低光度低红移(z<0.3)的AGN展开,通常是利用Hβλ4863发射线来测定活动黑洞的质量。对于z>1的AGN,就需要用到紫外波段的宽发射线了。比如,MgⅡλ2798,它可以出现在地面上观测0.3<z<2的类星体的光谱中,所以它是中低红移AGN做RM的极为重要的发射线。尽管如此,但现阶段观测到可靠MgⅡ时延的RM实验少之又少。这在最初被解释为两点:一、MgⅡ相对邻近连续谱辐射变化的响应比Hβ的响应小;二、MgⅡ发射线的辐射区域比Hβ的大。
  本文这里主要探究其中的第一点,也就是MgⅡ宽发射线相对邻近3000(A)连续谱辐射变化的响应程度。我们选取斯隆数字巡天(Sloan Digital Sky Survey,SDSS)拍摄的类星体(Quasar)作为研究对象,通过筛选具有两次及以上光谱观测、显著的MgⅡ发射线和3000(A)连续谱流量信噪比(Signal-to-noiseratio,S/N)、红移0.65<z<1.5的源,获得MgⅡ和连续谱的光变的统计数据。同时,考虑到SDSS-Ⅰ/Ⅱ和SDSS-Ⅲ采用了不同的设备,对于相同光变幅度的定标星,都会表现出一些额外的流量差异。因此,这里我们尝试利用窄发射线(NEL)流量定标的方法再定标,以保证我们对于MgⅡ和连续谱光变测量的准确度。
  通过NEL定标,我们发现了MgⅡ光变与3000(A)连续谱光变之间存在相当强的关系,这也符合MgⅡ的光变是响应3000(A)连续谱光变的想法。此外,采用修改的权重最小卡方回归方法,我们统计给出MgⅡ相对邻近连续谱的响应度。这个响应度是反比依赖于连续谱光度的,与前人的光致电离模型给出的响应度预测值吻合。更进一步,我们确认了一个很小的平均(和中间)响应度,暗示高信噪比的MgⅡ谱线流量测量对于探测MgⅡ本征光变和时延是很有必要的。
  
[博士论文] 侯磊
天文学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:我们利用基于斯隆数字巡天第七次释放数据(以下简称SDSS DR7)和斯隆数字巡天星系群目录表(SDSS group catalog),研究早型星系的基本面(FP)关系、恒星质量基本面(FP*)关系和质量面(MP)关系的环境依赖。我们从SDSS DR7数据中筛选出一个含70,793个早型星系的样本,并利用SDSS星系群目录表的数据,对样本中每个星系,利用所在暗晕质量以及是中心星系还是卫星星系来定义环境参量。通过研究不同环境下早型星系的FP关系、FP*关系和MP关系的特征,我们探究各种环境过程对星系性质的影响,以及FP关系的偏斜性起源。
  在第二章中,我们考察FP关系的环境依赖。首先,我们介绍了本工作中采用的早型星系样本选择条件和SDSS星系群目录表。接下来,我们介绍了FP关系的拟合方法。然后我们分别计算了不同暗晕质量区间中的中心星系和卫星星系的FP关系。我们发现g、r、i和z波段的FP系数的环境依赖很相似。中心星系和卫星星系的FP关系的环境依赖存在显著差别。中心星系的FP系数随着暗晕质量存在系统性变化,而卫星星系的FP系数在不同的暗晕质量区间中则比较相似。中心星系和卫星星系的差别在小质量暗晕中显著,而在最大的暗晕区间中可以忽略。当我们仅仅保留样本中红星系,或者保留b/α>0.6的星系,或者在特定半径范围内的星系时,这些结果依然保持不变。在经过天光背景修正之后,结果依然是相似的。
  在第三章中,我们把表面亮度替换成恒星质量面密度来计算FP*关系。然后我们计算不同环境中的FP*系数,并与FP关系相比较,从而研究星族的贡献。我们发现,FP*关系的系数α与FP关系相比更大,而FP*关系的系数b与FP相似。对于中心星系,FP*系数显著依赖于暗晕质量。对于卫星星系,FP*系数与暗晕质量的关系很弱。我们得出结论,FP关系的偏斜性并非由星族成分主要导致。
  在第四章中,我们把表面亮度替换成质量面密度来计算MP关系,并研究三个中心早型星系样本的MP系数与到暗晕中心距离的关系。对于不存在卫星星系且位于小暗晕中的中心星系(G1),我们发现当距离暗晕中心的半径大于50倍中心星系有效半径时,MP系数趋向于常数,并和维里定理接近。在较小半径处,暗晕的潮汐力使MP关系偏离维里定理。对于不存在卫星星系且位于大暗晕中的中心星系(G2),系数α显著偏离维里定理。这是因为大暗晕中的低光度卫星星系由于流量限制没有被观测到。对于存在卫星星系且位于大暗晕中的中心星系(G3),系数α比G2样本中的值更大。这证实了卫星星系对MP关系有显著的贡献。
[硕士论文] 裴远
天文学 中国科学技术大学 2016(学位年度)
摘要:现在的星系形成理论认为星系形成于暗晕之中,暗晕的属性对星系的形成与演化有主导性的影响。基于SDSS数据我们详细研究了卫星星系动力学状态对卫星星系属性的依赖。其中卫星星系动力学是测量星系所在暗晕质量的重要方法。假设中央星系质量和卫星星系速度弥撒之间有着一对一的相关性,我们采用一种自适应方法从星系样本中挑选出中央星系及其卫星星系。我们研究中央星系质量和卫星星系速度弥散的关系,并探讨速度弥散和中央星系属性(颜色和聚集度)与卫星星系属性(质量、颜色、聚集度和相对中央星系的距离)的关系。和之前的研究一致,卫星星系速度弥散随着中央星系质量增大而增大。一般来说,红(或早型)中央星系所在星系群的速度弥散比蓝(或晚型)中央星系要偏大。在红(或早型)中央星系周围,卫星星系的速度弥散和其质量之间没有明显关联,但是在蓝(或晚型)中央星系周围,卫星星系质量越大,速度弥散越大;红卫星星系的速度弥散要比蓝卫星星系大;早型卫星星系和晚型卫星星系之间没有显著的速度弥散差异;在红(或早型)中央星系周围,距离中央星系较近的卫星星系速度弥散较大,不过对于蓝(或晚型)中央星系,没有发现类似特征。
  总的来说,卫星星系属性和其速度弥散之间的关系相对较弱。这一关系存在两种可能的解释。一种可能是,卫星星系属性和所在暗晕质量之间存在相关性;另一种可能是,卫星星系属性和暗晕质量无关,和其动力学状态直接关联。为了区分这两种可能的解释,我们挑选了一类特殊的星系群样本来研究。这类星系群同时包含两种对应性质的卫星星系,从而有效排除暗晕质量不同的效应。我们发现在这类特殊的星系群中,无论中央星系属性如何,卫星星系的速度弥散和其质量之间没有相关性,和其位置有一定的弱相关,距中央星系越近速度弥散越大。红卫星星系的速度弥散要比蓝卫星星系小,和整体样本中的结果相反。这些红卫星星系的质量要比蓝卫星星系大,到中央星系的距离也比蓝卫星星系小,这可能预示着一些复杂的物理过程。去除了这类特殊的星系群后,我们又考察了只包含某类性质卫星星系的星系群的卫星星系动力学状态。我们发现,无论中央星系属性如何,卫星星系质量大的速度弥散大,而且这一结果的显著度要明显高于整体样本。同样的,红卫星星系的速度弥散要比蓝卫星星系大。由于统计上红卫星星系的质量要大于蓝卫星星系,速度弥散对于质量和颜色的依赖本质上可能是一致的。这强烈表明,给定中央星系属性后,暗晕质量和卫星星系质量之间存在系统的关联,卫星星系质量越大,暗晕质量越大。可见,卫星星系质量也是一个影响暗晕质量的重要参数。
[硕士论文] 郭东梅
天文学;天体物理 南京师范大学 2016(学位年度)
摘要:Swift/BAT观测发现某些伽玛暴在初始瞬时0.1-1秒的硬辐射之后,有3-10秒的平静期,随后伴随着10-100秒软的X射线延伸辐射,这些伽玛暴的瞬时辐射观测特征都跟典型的短暴相似,因此把这类伽玛暴称为伴随着延伸辐射的短暴。到目前为止我们仍然不清楚伴随着延伸辐射的短伽玛暴的物理机制。
  本论文首先对伽玛暴的背景进行了简单的介绍,对伴随着延伸辐射的短伽玛暴观测特征进行了介绍,同时我们统计了30颗伴随着延伸辐射的短暴的各个物理参量。我们同时对伴随着延伸辐射的短伽玛暴的物理模型进行了介绍分析,包括磁星模型、双成分流模型及长暴模型,排除了长暴模型。
  由于双成分流模型和长暴模型都与观测者偏轴观测有关;同时偏轴观测又是探究延伸辐射中心能源机制的很好的工具之一,所以我们在本论文用数值分析的方法分别计算了在磁星模型、双成分流模型下不同偏轴角观测会得到的光变曲线。我们的数值计算结果发现:
  在磁星模型下,由于磁偶极辐射几乎各向同性,所以不同偏轴角下延伸辐射的光变一直几乎不变;偏轴角度大于喷流半张角时,在晚期X射线余辉会出现一个凸包,其峰值流量和出现时间随偏轴角度变化。所以在该模型下偏轴观测可以看到几十到上百秒的软X射线辐射之后流量会陡降直到出现流量凸包。
  在双成分流模型下,正对轴或者偏离中心轴极小角度(小于坡印亭流主导的喷流半张角)可以观测到有延伸辐射的短暴,当观测角度大于坡印亭流主导的喷流半张角同时小于中微子主导的喷流半张角时,可以观测到没有延伸辐射的短暴,当观测角度更大,大于中微子主导的喷流半张角时,只能观测到X射线突然增亮,其峰值流量和出现的时间与观测角度有关。
  我们期望未来的伽玛暴的观测可以在偏轴情况下对两种模型进行证认,同时我们也在搜寻前期的伽玛暴观测资料,希望能够找出可能符合偏轴情况下磁星模型的观测结果。
[硕士论文] 贾海宾
天文学;天体物理 南京师范大学 2016(学位年度)
摘要:环境对星系演化的影响一直是河外天文学的热点研究领域。本文利用COSMOS天区高精度的测光红移数据,从蓝星系比例、比恒星形成率、致密度参数出发,考察星系在不同密度环境下的演化趋势,这对我们理解星系的演化路径和主要quenching机制具有重要意义。我们的研究工作包括两部分:
  (1) Butcher& Oemler(1984,BO84)提出了描述蓝星系比例随红移演化的BO效应。本文参考BO84挑选蓝星系的方法,利用Subaru的色指数(g+-r+),从COSMOS天区的高密度的星系团环境和空旷的场环境中分别挑选了红移落在0.2<z<1.0范围内的星系做为样本,对比研究了不同环境下的蓝星系比例。我们发现,星系团和场环境在0.2<z<0.7内同样存在显著的BO效应。在0.2<z<1.0范围内,场中蓝星系比例要明显高于星系团环境中的,这可能是由于星系团的环境因素(如星系之间或者星系与团内介质之间的相互作用)导致一部分盘星系的气体被剥离,促使这部分蓝星系转变为红星系。这种星系团环境中的quenching机制从z=0.5开始变得显著,支持了Peng et al(2010)提出的环境quenching机制在红移z<0.5范围内起支配作用的观点。
  (2)利用COSMOS天区的测光红移数据,在0.1<z<1.0范围内构建了红、蓝星系样本,估计了星系的局域面密度值,获得了高密、低密环境下的红、蓝星系子样本。对比性地研究了两类星系的比恒星形成率(sSFR≡ SFR/M)和致密度参数(∑1.5≡M/r1.5e)随红移的演化规律,并比较这些规律在不同密度环境下的差异。对于0.1<z<1.0的蓝星系来说,其sSFR的均值整体上比红星系高出3-4个数量级,其sSFR分布对环境密度不敏感。而对于0.1<z<0.9的红星系而言,高密度环境对其恒星形成活动存在显著的抑制作用,导致其sSFR均值下降了~0.4 dex。红星系的致密度∑1.5整体上要高出蓝星系1个数量级。红、蓝星系的致密度均随着红移的增加而增大,这意味星系结构在最近的7.7Gyr以来正逐渐变得松散。同时发现在最近的3.4Gyr内(即z<0.3)红星系致密度呈加速下降趋势,且致密度分布得更加弥散,表明密度环境对星系致密度的影响和作用非常复杂。
[硕士论文] 刘婉晴
天文学;天体物理学 天津师范大学 2016(学位年度)
摘要:笔者完成了对类星体高电离紫外发射线OⅥλ1033.82和SiⅣ+OⅣ]λλ1396.75,1402.34的测量和性质研究。样本包含了85个光学明亮的类星体,红移在z=0.03~1.40范围内。本文利用由空间和地面望远镜准同时观测获得的高质量光谱,通过“SPECFIT”程序拟合发射线,从而实现对谱线的详细测量。这些拟合测量结果揭示了详尽的发射线结构特征与性质,如半高全宽(Full Width at HalfMaximum,FWHM)和Baldwin Efect(BEff)等。通过对比Tang等人(2012)对本样本Lyαλ1215.67、CⅣλ1549.05、CⅢ]λ1908.73、MgⅡλ2797.92、Hβλ4861.32、HeⅠλ5875.7与Hαλ6562.8其他7个发射线的拟合测量结果,发现OⅥ发射线的FWHM最宽,而SiⅣ+OⅣ]线的次之。并且,FWHM越宽的发射线,可能具有越高的电离态。证实了各发射线几乎都存在Baldwin Effect和Modified Baldwin Effect(MBEff),并且发现对于单一发射线而言,OⅥ和SiⅣ+OⅣ]线的MBEff分布比BEff分布更弥散。通过研究各发射线的BEff/MBEff斜率与电离势之间的关系,发现两者的斜率都随着电离势的增高而变大,而且MBEff的这一趋势更清晰。基于这些测量结果和过去的研究,本研究还给出了基于OⅥ和SiⅣ+OⅣ]发射线的估算类星体中心黑洞质量的计算公式,此方法对于高红移类星体很有意义。同时,建议为了估算高红移类星体的黑洞质量,利用OⅥ线比SiⅣ+OⅣ]线更可行并且合适。
[硕士论文] 江晓磊
天文学;天体物理 南京师范大学 2016(学位年度)
摘要:类星体(QSOs)是最剧烈的活动星系核(AGN)。CⅣ宽发射线的Baldwin效应,即CⅣλ1549(A)宽发射线等值宽度(EW)与紫外连续谱的反相关性,一直是AGN/QSOs的一个重要观测特征。Baldwin效应的物理起源一直未很好建立,可能的解释来自随着光度增大电离连续谱的软化,宽线区覆盖因子的变化,或来自超大质量黑洞(SMBHs)的吸积。AGN/QSOs中心SMBHs质量测量的进展,中高红移QSOs红外光谱的观测,为继续探讨CⅣ Baldwin效应的物理起源奠定了基础。
  基于统一的Hβ宽发射线SMBHs质量计算方法,利用87个低红移PG QSOs完备样本(z<0.5),以及182个中高红移的QSOs收集样本(1.0<z<5),这篇论文探究0<z<5 QSOs的CⅣ Baldwin效应及其黑洞吸积的物理驱动。本论文的第一部分介绍了研究背景,包括QSOs概述、Baldwin效应、SMBHs质量测定、QSOs样本、光谱的主成分分析(PCA);第二部分给出大样本的CⅣ Baldwin效应的物理驱动分析;第三部分是结论与展望。研究的主要结果如下:
  (1)对于87个低红移PG QSOs,利用Shen et al.(2011)方法,扣除了5100(A)处连续谱光度中寄主星系的贡献,我们发现,除个别源外,可忽略这一改正带来的SMBHs质量计算差异。但是不同SMBHs质量计算公式,会带来较大的差异。考虑寄主星系贡献,基于统一的Hβ宽发射线黑洞质量计算公式,本文给出了整个PG QSOs样本的SMBHs质量、爱丁顿比率。
  (2)对于低红移PG QSOs,发现黑洞质量与光学主成分PC1、PC2都有很好相关性,爱丁顿比率与PC1之间的相关性远强于爱丁顿比率与PC2之间的相关性,爱丁顿比率是PC1的本质物理驱动。对于低红移PG QSOs,EW(CⅣ)与1350(A)处光度相关很弱。发现EW(CⅣ)与PC1、PC2存在明显的相关性,相关系数分别是0.55和0.32。
  (3)对于中高红移QSOs收集样本,我们发现,与低红移PG QSOs样本不同,EW(CⅣ)与1350(A)处连续谱光度存在相关性,相关系数-0.34。对于包含低、中高红移QSOs的整个样本,EW(CⅣ)与1350A处连续谱光度存在相关性,相关系数-0.31,也就是存在CⅣ Baldwin效应。
  (4)关于EW(CⅣ)的黑洞吸积物理驱动,无论对于低红移PG QSOs,还是中高红移样本,或整个样本,EW(CⅣ)与黑洞质量几乎无相关性。对于低红移PG QSOs,EW(CⅣ)与爱丁顿比率之间存在明显相关性,相关系数-0.58;对于中高红移样本,相关系数-0.24;对于整个样本,相关系数-0.42。剔除样本中射电噪QSOs和宽吸收线QSOs,相关性更强。EW(CⅣ)与爱丁顿比率的相关性强于EW(CⅣ)与1350(A)连续谱光度之间相关性,这意味着黑洞吸积的爱丁顿比率是Baldwin效应的本质物理驱动。
[博士论文] 杨臣威
天文学 中国科学技术大学 2015(学位年度)
摘要:近年来随着SDSS等地基大天区多波段测光和光谱巡天的展开,积累了大量天体的光谱数据。从而使得从中寻找一些发生率较低的爆发式变源,如黑洞潮汐撕裂恒星事件(TDE)成为可能。同时在一些天区,许多类星体获得了一定时间基线的重复光谱观测,从而使得研究类星体的一些变化特征,如吸收线系统变化与其他观测量的关系成为可能。本文主要介绍利用SDSS大样本光谱数据进行的两项研究:强冕线发射选择的黑洞潮汐撕裂恒星事件候选体长期光谱演化和类星体吸收线系统变化特征研究。并简要介绍了利用PTF瞬变巡天数据研究类星体光变和超亮超新星。
  黑洞潮汐撕裂恒星事件方面:我们对Wang et al.2012通过强冕线发射从SDSS数据中选出的7个TDE候选体进行了后续MMT光谱观测。在其中4个源中,冕线或宽发射线发生了剧烈的变化,他们是强的TDE候选体。这4个源中比[FeⅦ]电离度高的冕线都消失了,[FeⅦ]在一个源中表现出持续衰减的特征,而在另外两个之前只有比[FeⅦ]电离度高的谱线的源中,其演化后期[FeⅦ]出现了。在这4个源中,后期[OⅢ]发射线都增强了。在两个目标中,我们探测到了非经典的[OⅢ]双线线比。这需要O2+离子具有很高的柱密度,假设合理的金属丰度,氢的柱密度会很大并且气体是电离的。要电离这样高柱密度的气体,电离参数要很大,这额外需求其能谱比较软,对应黑体温度T<5×104K,否则O2+会被电离到更高的状态。所有这些观测特征可以TDE产生的强电离连续谱照射在星系核区的几个pc内的分子云上来解释。通过比之前研究更佳的寄主星系星光估计,我们发现这些源中的宽线都具有双峰机构,并且随着时间双线的分离速度和流量都减小。这表明宽发射线可能是双极向的外流气体产生的。我们的研究结果表明,这类目标中的冕线和后续的谱线演化特征可以持续达~10年之久,监测这类源的冕线和其他谱线的演化可以研究宁静星系中心黑洞附近的气体环境。
  类星体吸收线系统方面:利用SDSS光谱数据我们定性研究了有两次以上观测的类星体吸收线系统。我们发现类星体不同离子的吸收线变化趋势一致,同一种离子不同速度成分的吸收线变化趋势也一致。我们还发现当类星体连续谱变亮/变暗时,光谱上的吸收线减弱/增强。由于Baldwin effect,连续谱变亮时发射线等值宽度减小,我们通过考察宽发射线的等值宽度变化与吸收线的变化趋势确认了以上结果,即宽发射线等值宽度减小/增加时,光谱上的吸收线减弱/增强。我们还发现当新的吸收线成分出现/原有成分消失时,往往连续谱变暗/变亮。说明这种现象只是发射线增强或者减弱在离子柱密度变化剧烈时的极端情况。所有这些观测结果支持类星体吸收线系统光变主要是外流气体中的离子柱密度响应电离连续谱变化引起的,这些外流气体电离状态很高,以至于在一些极端情况下不能产生紫外的吸收线系统。
  利用PTF巡天进行大样本类星体光变性质研究和极亮超新星搜寻:我们匹配了PTF测光数据和SDSS DR7光谱证认的类星体样本,获得了三万四千多个类星体的光学光变数据。该样本包含目标数目较大,部分源时间基线长达五年,在短时标(5~10天)上有较高的采样,为研究类星体光变行为及其与黑洞其他特征的关系提供了重要样本。同时该样本还为其他类星体光变监测项目的选源和连续谱光变分析提供了参照。我们利用还在PTF巡天数据中,选取了5个银纬较高、有大量成像观测的天区,利用图像叠加的方法寻找极亮超新星。在总有效面积接近30平方度的天区中,最后发现了2个强候选体,并利用后续的光谱观测证认了寄主星系红移。很遗憾,这两个目标一个可能为低红移的超新星爆发,另一个来自中等红移的低光度AGN爆发。该方法为将来的光学巡天寻找类似天体提供了重要参考。
[硕士论文] 何志成
天文学;天体物理 南京师范大学 2015(学位年度)
摘要:宽吸收线类星体(Broad-absorption-line quasars,BAL QSO)有很宽的紫外(ultraviolet,UV)波段的吸收坑。一般认为,宽吸收坑是QSO外流物质风的最强观测证据。宽吸收坑的光变研究有助于分析外流风物理性质,如结构、位置、运动学、动力学等。从斯隆数字巡天(Sloan Digital Sky Survey, SDSS)数据库中,选择了一个具有18次观测的BAL QSO,SDSS J022844.09+000217.0,和一个含188个BAL QSOs的样本,作者分析了BAL QSOs的光变性质及其与中心黑洞吸积过程的关系,主要结果如下。
  (1)对于单个源SDSS J022844.09+000217.0:通过迭代连续谱拟合、发射线拟合以及相关分析,我们发现,吸收坑的等值宽度(EW)与UV谱指数强正相关,而吸收坑EW与连续谱光度之间相关性很弱。吸收坑EW与UV谱指数之间强的正相关表明,外流风中含有消光的尘埃。吸收坑EW与UV连续谱光度之间弱相关性表明,对于单个源SDSS J022844.09+000217.0,宽吸收坑的变化不是光致电离主导的。
  (2)对于188个BAL QSOs的样本:该样本包含428条多历元光谱,静止坐标下的时间跨度约0.001-3年。通过迭代的连续谱拟合,得到这428条光谱的CⅣBAL的EW,1500A处的单色光度和UV谱指数;在两历元光谱变化中,共证认出79个BAL变化区域。对于整个样本两历元光谱光变,BAL的EW变化与连续谱变化、谱指数变化之间没有明显的相关性,约有50%的BAL QSOs变亮时光谱变蓝。对于79个BAL变化区域的子样本,约有70%的BAL QSOs变亮时光谱变蓝。更高比例暗示着BAL发生变化的起源与QSOs的吸积过程有关。同时,对于79个BAL变化区域的子样本,EW的绝对变化量和QSOs中心黑洞质量之间存在中等强度的负相关,越大黑洞质量对应的吸收坑的EW绝对变化越小。BAL变化区域的最大外流速度和爱丁顿比率之间存在中等强度的正相关,吸积过程的爱丁顿比率越大,BAL变化区域的最大外流速度越大。
[硕士论文] 陈茜
天文学;天体物理 南京师范大学 2015(学位年度)
摘要:活动星系核(Active Galactic Nuclei,简称AGN)是一类中央核区活动性很强的河外星系,其主要特征为核活动,能量来自与中心黑洞的物质吸积。AGN在星系形成和演化中扮演重要的角色。星系团是宇宙中最大的自引力束缚系统,是研究星系演化过程及其与环境相互作用的“实验室”。对星系团内AGN的统计研究可以在团内星系中心的超大质量黑洞的生长、AGN的供燃(fueling)机制、以及AGN对团内介质(Intra-Cluster Media,简称ICM)的长期影响等方面给出重要的线索。COSMOS巡天是哈勃空间望远镜巡天中一个重要观测计划,覆盖了赤道附近两平方度的天区。本文主要利用COSMOS深场中星系群及其成员星系样本,结合被光谱证认的X射线选AGN样本,研究星系群中AGN比例随红移演化问题。我们采用的X射线选AGN样本来自Brusa et a1.(2010),其中的AGN满足X射线流量限制,并已经被光学光谱所确认。根据AGN吸积过程演化模型,这一类AGN可能尚处于黑洞显著增长的高吸积率演化阶段,因而具有明显的光学发射线特征。本文采用的星系群样本来自George et a1.(2011)的X射线选星系群样本,包含了211个z<1的X射线选星系群,其成员星系满足F814W<24.2,且在3σ显著度水平上在Ks波段被探测到。
  我们将AGN样本和X射线选星系群样本进行交叉证认,只在其中的26个星系群中发现了27个AGN,其中绝大部分(96%)是窄线AGN。计算这26个群的AGN占比fAGN,发现其随红移有非常微弱的上升趋势,其线性相关系数很低。我们还对所有211个z<1的星系群的成员星系按红移间隔△z=0.1进行进行计数,发现AGN比例普遍低于1%,随红移的上升趋势变得更加微弱。此外,如果将星系群成员样本按照z<0.5和z>0.5两个区间进行计数,其AGN比例随红移上升的趋势更加显著。作为对比,我们还研究了场中的AGN比例随红移的变化,发现与群中AGN比例的变化趋势基本一致,说明星系群环境似乎对这类AGN的探测概率没有明显的影响。
[硕士论文] 邢飞骏
天文学 中国科学技术大学 2014(学位年度)
摘要:M-σ关系和MBH-Mbulge关系表明,在椭圆星系中,黑洞与星系存在共同演化。通过前人对类星体的研究,得出M-σ关系对类星体仍然适用。这表明:活动星系核与恒星形成之间是存在关联的。对于活动星系核的活动与恒星形成之间的具体关系,目前尚不清楚。有的看法认为:由于星系相互作用等原因,导致气体损失角动量,之后气体向核区涌去,星爆活动和活动星系核可能被激发。而活动星系核的活动,又可能反作用于恒星形成过程,由于大量能量的释放,可能导致气体被吹散或抑制气体的冷却,从而抑制恒星形成。这一反馈过程同样也可能终止黑洞的吸积,推论出黑洞的吸积率与恒星形成也可能存在某些关联。同样,吸积物质而释放的能量通过何种方式、以何种效率来影响恒星形成或影响周围的气体,这也是讨论的关键点之一。
  外流是活动星系核(AGN)反馈的载体,对其性质的研究也有着重要的意义。我们通过对SDSS中的红移约等于2的类星体样本的红外性质研究,发现外流强的类星体其红外辐射也显著加强。这可能是由于外流中包含有大量热尘埃或者外流与外界气体发生相互作用从而产生了额外的红外辐射。高速外流可以通过风的黏滞裹挟来吹走冷气体云团。类星体产生的外流可能吹走寄主星系中的冷气体从而抑制恒星形成的过程。
  对于活动星系核与星系中恒星形成之间关系的研究,关键点之一是如何确定活动星系核活动与恒星形成之间的时间问题。E+A星系明显在最近的演化过程中,经历过一次星爆活动,然后恒星形成过程终止。我们构建了一个Hδ吸收线强的活动星系核样本,并对其性质进行了研究,发现其和普通E+A星系相似,有很低的恒星形成率,并在1Gyr前曾经经历过一次剧烈的星暴过程,然后恒星形成过程终止。Hδ吸收线强的活动星系核可能给研究活动星系核与恒星形成关系提供一个很好的时间标尺。
[硕士论文] 赵振煜
天文学;天体物理 南京师范大学 2013(学位年度)
摘要:作为宇宙中最大的引力束缚系统,星系团通常位于宇宙纤维状结构的节点上,是宇宙大尺度结构的示踪物,也是研究星系之间相互作用和各种演化过程的环境效应的重要实验室。
  本文主要利用BATC(Beijing-Arizona-Taiwan-Connecticut)的多色测光数据,对星系团A2319(zc=0.0557)进行了初步的测光研究。BATC多色测光系统利用国家天文台兴隆观测基地的60/90厘米施密特望远镜,配备了15个中带(a-k,m-p)滤光片,波长覆盖范围从3000(A)到10000(A)。在58'×58'视场中,NASA/IPACExtragalactic Database(NED)已经收录了140个已知光谱红移的星系数据,其中137个星系是A2319的成员星系(样本Ⅰ)。样本Ⅰ的空间投影分布与局域速度分布均支持A2319是个动力学活跃的星系团,这也与X射线的观测相吻合。(κ)-test表明在A2319中心区域存在2个子结构,而且空间投影分布有东北-西南方向的拉伸。根据位力定理,估算了A2319主团和子团的质量,二者在投影角α处于22°到82°范围内是引力束缚的。
  利用BATC多色测光数据,我们通过双色图和测光红移估计来挑选A2319中暗成员星系的候选体。A2319处于低银纬(~13°)天区,视宁度较差的BATC图像具有严重的前景星场污染。为了排除暗成员星系候选体中由于前景星场污染造成的伪源,我们利用美国Steward大学的Bok2.3m望远镜的视宁度良好的U波段图像,最终挑选出233个暗成员星系。与样本Ⅰ合并得到了一个包括370个成员星系的大样本(样本Ⅱ)。基于样本Ⅱ,A2319成员星系的空间分布表现出更明显的动力学子结构。局域速度分布的统计检验显示,星系团A2319西北(NW)方向10'处存在显著的子结构,与前人的研究结果相符。同时,在团中心西北方向大约22'处还发现一个子团。
  此外,基于Sloan光谱巡天数据提供的星系团A85的242个成员星系的光谱,利用星族合成软件STARLIGHT获得了这些成员星系的星族成份和恒星形成历史,研究了这些星系的恒星形成性质(如特征星族年龄、金属丰度、恒星质量和恒星形成率等)随星系面密度的变化规律。研究结果表明:处于环境密度较高的团中心区域的星系具有较高的星族年龄和金属丰度,其比恒星形成率较低,而在最近24.5Myr内的恒星形成活动受到抑制。最后,我们还确认了星系金属丰度、比恒星形成率与恒星质量的相关性。该部分研究是一年前通过团队合作完成,论文已经被《天文学报》接收,即将发表。
[硕士论文] 陈蔚
天文学;天体物理 南京师范大学 2012(学位年度)
摘要:星系团是宇宙中最大的引力束缚系统,是宇宙大尺度结构的重要示踪物,也被视为研究星系与环境相互作用并经历各种演化过程的“实验室”。COSMOS巡天(The Cosmic Evolution Survey)是哈勃空间望远镜巡天中最大的一个观测计划,覆盖了约2个平方度的天区(149.41140<α<150.826934;1.49878<δ<2.91276),探测到约2×106个星系和活动星系核,用来研究大尺度结构与星系形成的关系、暗物质、星系中的核活动等。文中略等人[72]利用FOF方法(Friends-of-Friends)在Ilbert等人[61]所给出的COSMOS天区星系测光红移数据中证认出了187个星系团,包含了大量高红移星系团,为研究星系团的宇宙学演化提供了样本。
  本文根据此星系团样本中的成员星系的谱能量分布(Spectral Energy Distribution,简称SED),将与成员星系的SED匹配最佳的模板光谱分成了早型星系、旋涡星系、不规则星系和星暴星系四类,并对各类星系在星系团中的比例进行了统计研究,探求成员星系光谱类型所占比例与星系团红移、整体光度和聚度的关系。我们发现,星系团的成员星系光谱类型比例有很显著的红移演化:正常星系(包括早型星系、旋涡星系和不规则星系)的占比随红移的增加呈现下降的趋势;星暴星系占比随红移增加而显著上升。正常星系在星系团中的占比随红移的下降斜率随着哈勃序列演化:早型星系占比随红移下降的斜率最大,旋涡星系占比居其次,不规则星系占比随红移下降最平缓。对于低红移星系团,其早型星系比例随着星系团整体光度增大而有上升趋势,其星暴星系比例呈现出随整体光度增加而下降的趋势。另外,低聚度富星系团中的早型星系和星暴星系比例保持了较好的红移演化关系。
[硕士论文] 张莉
天文学;天体物理 南京师范大学 2012(学位年度)
摘要:光变是活动星系核和类星体的一个普遍现象。通常认为,低红移类星体的光谱在越明亮时相对越蓝。本论文利用SDSS巡天数据研究类星体光谱光变。本文第一章简要介绍类星体及巡天,综述了类星体测光光变和光谱光变研究进展;第二章介绍了自己的研究工作;第三章为结论和展望。利用FBQS巡天的类星体样本,比较它们的光谱与SDSS DR7巡天获得的光谱,研究这两个样本在长达10年时间间隔上的光谱变化。在此类星体样本中,有312个射电噪类星体和232个射电宁静类星体,红移大到约3.5。通过研究类星体样本在两个历元的光谱变化,发现:
  (1)约有一半的类星体光谱在亮态相对更红;这个结论对射电噪和射电宁静类星体的子样本同样成立;
  (2)没有发现连续谱斜率变化与连续谱流量比值之间存在明显相关性;
  (3)射电噪类星体和射电宁静类星体在连续谱斜率的变化上没有不同,表明射电喷流的存在与否不影响类星体光谱的斜率变化;
  (4)合成比值光谱在2500(A)的蓝端较陡,这意味着类星体光谱在蓝端有更强的光变。光变应来自于吸积盘。对于2500(A)的红端,其他成分可能贡献了观测到的光变。
[硕士论文] 杨震
天文学;天体物理 南京师范大学 2012(学位年度)
摘要:考虑到寄主星系的贡献,利用光谱多成分分解方法,本论文研究了2.5年时间跨度上的NGC4051光学光谱光变。第一章为研究背景,介绍了反响映射技术、光谱多成分分解、黑洞质量计算;第二章讲述了利用新的光谱分解方法,对125条NGC4051光谱进行分解;第三章为展望,利用该光谱多成分分析方法,给出了一些来自SDSS的AGN光谱的分析样例。
  主要研究结果如下:
  (1)利用[OⅢ]5007(A)对光谱流量进行重新定标,并考虑不同望远镜设备引起的系统误差而进行流量校准。由于,检测到[OⅢ]5007(A)流量与5100(A)处连续谱流量有着非常强的相关性,通过[OⅢ]5007(A)流量进行归一,光谱流量进行了修正,给出了修正后的连续谱5100(A)流量,fλ(5100A),及发射线Hβ、FeⅡ、HeⅡ的光变曲线。
  (2)Hβ、FeⅡ、HeⅡ与连续谱fλ(5100A)流量之间存在很强的相关性,存在内禀的“反”Baldwin效应。
  (3)通过反响映射方法,及Monte Carlo模拟,我们发现,Hβ的中间宽度成分与连续谱之间存在3.45+12.0-0.5天的时间延迟,其可能性为34%。而HeⅡ的中间宽度成分的时间延迟为6.45+13.0-1.0天,可能性为65%。
  (4)利用Hβ、HeⅡ的中间宽度成分计算了中心黑洞质量,分别为0.86+4.35-0.33×106,0.82+3.12-0.45×106M⊙。对整个样本,FeⅡ的时间延迟为9.7+3.0-5.0天,可能性为36%;对其子样本,FeⅡ的时间延迟为8.45+1.0-2.0天,可能性为18%。这意味着,FeⅡ发射线区可能在Hβ发射线区的外围。
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