射电噪AGN的光变对称性观测及谱指数数值模拟研究

论文摘要

活动星系核（AGN）是一类中央核区活动性很强的河外星系的核心,具有剧烈的光变和明显的谱演化特性。射电噪AGN是活动星系核的一个子类,数目大概占所有活动星系核的10%,具有显著的喷流活动,其研究一直是活动星系核研究中最活跃的领域之一。射电噪AGN包括射电星系,耀变体（Blazar）和射电噪类星体,其辐射的光变主要源于喷流中相对论性等离子体流的物理变化。通过对射电噪AGN的相对论喷流的数值模拟研究以及对耀变体光变特性的观测分析,有利于更深入的认识影响喷流形态分布的物理因素及喷流内部的物理机制,对了解活动星系核及其喷流的物理机制和结构具有重要的科学意义。目前对于河外射电源喷流的模拟研究工作很多,但主要是对二维相对论喷流的数值模拟研究,对三维相对论喷流形态的模拟研究、喷流光变曲线的估算以及相关功率谱特性的研究则比较少。本论文的前半部分工作主要对射电噪AGN的三维相对论性喷流的形态结构及谱指数特性进行了数值模拟研究。我们采用Athena流体动力学程序共模拟了54个三维的传播的相对论性喷流,其中决定喷流模拟形态的两个主要参数为:注入喷流速度（vj）和喷流与周围物质的密度比（η）。通过模拟分析,我们得到不同参数值与射电星系形态结构之间的相关关系。vj越小且（或）η越小时,模拟越易产生不稳定的喷流,即具有类似于喷流占主导的Fanaroff-RileyⅠ（FR Ⅰ）型射电星系的形态;vj越大且（或）η越大时,模拟越易产生具有热斑的稳定喷流,即FR Ⅱ型射电星系的形态。该工作主要集中于对长距离的稳定传播喷流的模拟研究,其传播距离可达60～240倍的初始喷流半径。如果将该尺度缩小至甚长基线干涉技术（very long baseline interferometry,VLBI）观测的范围,该模拟喷流中的扰动将产生观测时间跨度长达几个月的辐射变化。利用模拟得到的喷流密度,压强和速度参数,我们估算了喷流中辐射的光变曲线,并发现该光变曲线所具有的活跃期和宁静期的光变现象与Blazar的光变曲线类似。依据该光变曲线,我们还分析了相应的功率谱特性,其谱指数范围为-2.1～-2.5,与前人对活动星系核的功率谱谱指数的研究结果相吻合。Blazar天体是喷流方向几乎指向观测者的射电噪AGN,它在全电磁波段都具有快速且大幅度的光变。光变特性主要包括光变时标、光变偏振度、光变对称性、光变过程中谱形的变化、不同波段间光变的相关性等。目前对于光变对称特性的统计研究主要是关于类星体和Seyfert星系的研究分析,而Blazar天体的光谱和辐射特性不同于类星体,具有更快更强的光变现象,可能存在不同的光变对称特性。对单一源长期观测数据的分析研究可以更好地了解Blazar天体喷流中光变的起源以及物理模型的建立。本论文的后半部分工作主要对Blazar S5 0716+714和W2R 1926+42两个天体的光变对称特性进行分析研究。我们采用双指数函数的形式将Blazar天体的光变曲线分解成多个独立的耀发并分析该耀发的形态分布。结果表明,S5 0716+714和W2R 1926+42天体的光变耀发大部分以非对称的形态分布,且都存在弱的正不对称特性（即上升快、下降慢）。对于产生该非对称光变特性的物理机制很难用光行时效应解释,我们认为可能是由相对论性喷流中高能粒子的加速和耗散时标的差异导致的。耀发的持续时间和峰值流量的分布均满足lognormal函数的形态,该分布现象可以用“minijet in jet”模型解释。依据拟合得到的相关参数我们还估计了Blazar天体的喷流中辐射区域的范围,得到:S5 0716+714天体短时标（short term variability,STV）的光变辐射区域尺度为2.4 × 1016～3.3 × 1018cm,天量级时标（intraday variability,IDV）的光变辐射区域尺度为6.6 × 1014～4.8 × 1016cm;W2R 1926+42天体喷流内辐射区域的尺度为1.1 × 1015cm～6.6 × 1016cm。采用Lomb-Scargle周期图的方法,我们对W2R 1926+42天体光变的功率谱进行了分析,结果表明该功率谱可以很好的用幂律分布形态表示,同时我们得到其谱指数平均值为-1.44。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
•   1.1 AGN简介
•     1.1.1 AGN的基本特征
•     1.1.2 AGN的分类
•     1.1.3 AGN的统一模型
•     1.1.4 射电星系
•     1.1.5 耀变体
•   1.2 相对论喷流
•     1.2.1 相对论喷流的存在
•     1.2.2 喷流中的多普勒聚束效应
•     1.2.3 喷流的形成模型
•     1.2.4 喷流的辐射机制
•   1.3 研究背景
•     1.3.1 光变的对称特性研究
•     1.3.2 光变的模型
•     1.3.3 光变喷流的数值模拟
•   1.4 研究内容及意义
• 第二章 射电噪AGN的三维相对论性喷流的数值模拟
•   2.1 引言
•   2.2 RHD喷流的模拟
•   2.3 数值模拟结果
•   2.4 辐射光度的估算
•   2.5 不同参数的讨论
•     2.5.1 FR Ⅰ与FR Ⅱ型喷流的差异
•     2.5.2 超压强喷流的模拟
•     2.5.3 绝热指数的影响
•     2.5.4 二维与三维RHD喷流的对比
•   2.6 光变曲线和功率谱
•   2.7 本章小结
• 第三章 S5 0716+714的光变对称性研究
•   3.1 引言
•   3.2 观测和数据处理
•   3.3 光变对称性分析
•     3.3.1 STV光变曲线的对称特性
•     3.3.2 IDV光变曲线的对称特性
•   3.4 峰值流量与持续时间的分布
•   3.5 讨论
•   3.6 本章小结
• 第四章 Kepler W2R 1926+42光变特性的统计研究
•   4.1 引言
•   4.2 W2R 1926+42的数据和光变曲线
•   4.3 光变的对称特性研究
•   4.4 拟合结果的相关分析
•     4.4.1 持续时间与峰值流量的分布
•     4.4.2 耀发的能量
•     4.4.3 SAP数据的分析结果
•     4.4.4 Lomb-Scargle周期图
•   4.5 讨论
•   4.6 本章小结
• 第五章 总结和展望
•   5.1 研究工作总结及创新点
•   5.2 研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 发表文章目录
• 学位论文评阅及答辩情况表

文章来源

类型: 博士论文

作者: 李雨桐

导师: 赵刚,胡绍明,Paul J Wiita

关键词: 活动星系核,光变,喷流,谱指数

来源: 山东大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 天文学

单位: 山东大学

分类号: P157.6

总页数: 118

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