黑洞烛光的观测研究

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上世纪九十年代末,对一批Ia型超新星的观测发现了宇宙正加速膨胀,这一结果深刻地拓展了人们对宇宙的认识。然而,在探测更高红移宇宙加速膨胀的动力学时,人们急需比Ia型超新星更亮的一类新烛光。活动星系核(以下简称AGN)由于其极高的光度一直是潜在的宇宙学探针,但是因为其物理性质的多样性,一直没有成功地得到应用。超Eddington吸积的超大质量黑洞(以下简写为SEAMBH)作为AGN的一个特殊子类,由于其吸积盘的饱和光度,一旦测定其中心黑洞质量,便有可能作为探测宇宙学距离的一类新的烛光。  本文以SEAMBH为研究对象,集中从观测上检验其作为宇宙学烛光的可行性,并估计利用它测量宇宙学距离的精度。作为测量AGN中心黑洞质量的基础,宽线区(以下简称BLR)的物理性质一直是人们关注的重点。我们首先提出了一个以间歇性为特征的BLR新模型。与以往的静态模型不同,这一间歇性模型将BLR的演化分为四个阶段。四个阶段共同构成了BLR往复出现的其中一轮。由于冷却函数依赖于金属丰度,而BLR的金属丰度又存在梯度,我们发现BLR按照半径可以分为两个区域,内区云块金属丰度高柱密度低,外区云块金属丰度低柱密度高。内区的云块由于吸积盘辐射压的作用,形成外流,最终到达窄线区(NLR),将BLR与NLR的金属丰度联系起来。外区则继续经历四个阶段的演化。我们预言不同阶段对应不同的光谱类型,并在Sloan Digital Sky Survey(SDSS)的数据中找到了对应的样本。我们还预言了一类吸积率正常但没有或只有很弱BLR的AGN,并讨论了这类源的观测证据。基于slim吸积盘的饱和光度,我们提出SEAMBH可以作为一类新的测量宇宙学距离的工具,并从窄线Seyfert1星系中通过硬X-ray的观测判选出了60个SEAMBH的候选体。对于X-ray能谱越陡的源,我们发现计算出的光度距离越靠近标准宇宙学模型给出的结果,初步验证了SEAMBH作为烛光的可行性。  本研究利用丽江的2.4米光学望远镜对上面SEAMBH候选体中的一部分源进行了长达8个月的反响映射监测,得到了8个源可信的时间延迟,计算了它们的黑洞质量及Eddington率,并最终判选出了7个SEAMBH。使用上面7个源的观测结果,结合从之前已做过反响映射观测的AGN中发现的9个SEAMBH,我们计算了这批源的光度距离,得到距离与标准宇宙学距离之比的弥散约为0.15dex,说明SEAMBH是良好可信的宇宙学探针。最后总结了本文的主要内容,并简要地展望了未来将要进行的后续工作。
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