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物理与天文学院博士生张浩洋在国际期刊上发文 首次报道黑洞吸积盘与喷流耦合的新证据

2024-05-27  

2024年5月20日,云南大学物理与天文学院博士研究生张浩洋以第一作者身份在国际著名天文期刊The Astrophysical Journal Letters发表了题为“Discovering the Mass-Scaled Damping Timescale from Microquasars to Blazars”的研究论文。该研究揭示了在微类星体到耀变体的喷流系统中,中心黑洞的质量与其辐射特征阻尼时间尺度之间存在线性关系。这是首次提供关于黑洞吸积盘与喷流耦合的新证据,为理解不同质量黑洞系统中吸积盘与喷流之间的耦合机制提供了新的见解。

宇宙中的黑洞大小不一,从几个太阳质量的恒星级黑洞到几十亿个太阳质量的星系级超大质量黑洞。微类星体和耀变体各自代表了这两类黑洞。黑洞的强大引力效应会导致吸积盘和喷流的形成,后者可以在宇宙中延伸数千光年,产生独特的辐射形式。

在吸积盘上的物质落入黑洞的过程中,由于能量守恒和耗散作用,引力能会转换为热能和动能,热能可以通过辐射有效释放形成一个冷盘(cold disk)或称为标准吸积盘,某些情况下,热能没有良好的释放,则会形成一个热盘或称为平流主导吸积盘(ADAF)。有观测证据表明,喷流通常出现于热盘存在的时期,这意味着吸积盘可能和喷流的产生有着密切联系。然而,喷流与吸积盘的耦合关系目前仍然是一未解之谜。

通常认为,耀变体的高能伽马射线辐射直接源自喷流,而微类星体的X射线辐射可能来自喷流,也可能源自热盘。云南大学戴本忠教授领导的课题组利用费米伽马射线空间望远镜(Fermi-LAT)和XMM-Newton X射线望远镜的数据分析了34个耀变体和7个微类星体。研究发现,无论是恒星级的微类星体还是星系级的耀变体,它们的特征阻尼时标和中心黑洞质量之间都存在显著的线性关系。(图1)

1黑洞质量与特征时标的关联

这种两类天体之间中心黑洞质量有显著差异的罕见关系表明,微类星体的X射线辐射也很可能来自喷流。此外,这种线性关系进一步说明,超大质量黑洞和恒星质量黑洞的喷流辐射的物理机制可能相似,唯一的区别在于中心黑洞质量。这是国际上首次报告喷流特征阻尼时标与黑洞质量之间存在线性关系。

特征阻尼时标是描述天体物理过程的关键参数,其根源可能与吸积盘或喷流内部的物理过程相关。研究表明,耀变体和微类星体的特征阻尼时标可能源自吸积盘紫外辐射区的动力学时标或粘滞时标。这一区域的光变通过吸积盘上的大尺度磁场可以传播至黑洞附近区域(ADAF),从而影响喷流的光变特性(图2)。这一成果为吸积盘与喷流之间的相互作用提供了新的证据。

2 黑洞喷流吸积盘结构示意图

这项研究不仅为理解不同质量黑洞之间的物理联系及喷流的起源提供了观测支持,还为未来的喷流相关观测研究指明了方向和提供了重要参考。

张浩洋为论文的第一作者,戴本忠教授为指导教师。研究工作得到了国家自然科学基金和云南省高层次人才计划支持。原文链接:https://doi.org/10.3847/2041-8213/ad488d

来源物理与天文学院

编辑:李哲 责任编辑:王崴


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