寬吸收線類星體物理的研究

1、.寬吸收線類星體物理的研究如今普遍相信類星體的反響會(huì)調(diào)節(jié)寄主星系形成的進(jìn)程,但其中詳細(xì)的物理過程仍然是個(gè)謎.類星體的外流是一個(gè)重要的候選者.為了確定外流的重要性,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)天體物理中心開展了寬吸收線類星體的一系列研究,獲得了一些進(jìn)展: 1寬吸收線區(qū)的紫外吸收物質(zhì)的柱密度比原來預(yù)計(jì)高出2個(gè)量級(jí),低電離吸收線形成于飽和的高電離吸收線區(qū);2射電寧?kù)o的寬吸收類星體吸收物質(zhì)主要在赤道面,并且不同的源吸收物質(zhì)分布情況很不一樣,而在射電強(qiáng)的類星體中,赤道和極向外流都是可能的;3共振散射線偏振說明,外流物質(zhì)攜帶角動(dòng)量.:類星體, 吸收線The physics of broad absorption li

2、ne quasarsWANG Ting|GuiCenter for Astrophysics , University of Science and Technology of China, Hefei 230026, ChinaAbstractQuasar feedback is considered a crucial process in galaxy formation and evolution; however, details of the physical process remain a mystery. Quasar outflow is one possible proc

3、ess. To assess the importance of quasar outflow we have performed a series of studies on broad absorption line BAL quasars, and have obtained the following results. 1The UV absorption column density is an order of magnitude higher than previously believed, and low ionization BALs are formed in the h

4、igh ionization zone. 2 In radio|quiet BAL quasars, the outflow is mainly confined to the equatorial directionwhile in radio|loud ones both equatorial and polar outflows are possible. 3 The polarization of resonantly scattered lines suggests that the outflow carries large angular momentum.Keywordsqua

5、sars, absorption lines1 引言一些星系中心的超大質(zhì)量黑洞吸積周圍的氣體,氣體在下落到黑洞過程中將宏大的引力結(jié)合能轉(zhuǎn)換成粒子的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能,產(chǎn)生大量的電磁輻射,同時(shí)吸積也是大質(zhì)量黑洞增長(zhǎng)的過程.它們的輻射光度甚至超過整個(gè)星系的恒星光度百倍,我們稱這些天體為活動(dòng)星系核.近10年來的觀測(cè)說明,幾乎所有大質(zhì)量星系的中心都存在超大質(zhì)量黑洞,核活動(dòng)是星系演化的一個(gè)特殊階段.人們普遍相信核活動(dòng)宏大的能量輸出使得它在星系演化的過程中起關(guān)鍵的作用,產(chǎn)生了一系列觀測(cè)到的黑洞質(zhì)量與星系參數(shù)的相關(guān)性.類星體是高光度的活動(dòng)星系核統(tǒng)稱.大約10%20%的類星體具有寬的、藍(lán)移的離子吸收線,這些類星體被稱

6、為寬吸收線類星體BAL QSO.最常見的紫外吸收線有CIV1549, NV1240, Ly, SiIV1397, OVI1032, MgII2798, AlIII1870 等類Li離子共振吸收線如圖1所示,這些吸收線是由類星體部分電離的高速外流物質(zhì)吸收連續(xù)譜產(chǎn)生的,外流的速度可高達(dá)0.1c0.2cc為光速.假如這些外流具有足夠的質(zhì)量外流速率,它可能是聯(lián)接核活動(dòng)與星系演化的關(guān)鍵物理過程,同時(shí)也將對(duì)吸積過程產(chǎn)生重要影響. 因此確定寬吸收線類星體物理參數(shù)近年來受到特別重視.?本文將介紹寬吸收線類星體的研究背景和我們近年來在這方面開展的一些研究工作,包括吸收物質(zhì)的柱密度,外流的幾何以及外流角動(dòng)量確實(shí)定

7、等. ?2 寬吸收類星體中外流的根本圖像?目前對(duì)寬吸收線類星體有2類截然不同的觀點(diǎn):人們較為普遍承受的觀點(diǎn)是,所有的類星體都具有寬吸收線外流, 但外流只覆蓋一少部分的立體角,換言之,只在類星體的一些視線方向上觀測(cè)到了外流;另一類觀點(diǎn)是,只有一些特殊的類星體具有寬吸收線外流.觀測(cè)檢驗(yàn)這2個(gè)觀點(diǎn)的主要方法是:1通過比較BAL QSO吸收線區(qū)的覆蓋因子與觀測(cè)到寬吸收線類星體的比例, 假如二者一致,那么支持第一類模型;2檢驗(yàn)BAL QSO與非BAL QSO性質(zhì)在統(tǒng)計(jì)上的差異,假如有差異,那么二者可能是不同的. 第一類檢驗(yàn)主要通過離子共振散射譜線的強(qiáng)度與理論模型預(yù)言的比較來確定.對(duì)大部分吸收線而言,離子

8、與光子的作用并不是真吸收而是共振散射,因此通過測(cè)量別的方向上散射過來的光就可以確定散射物質(zhì)覆蓋的區(qū)域.這一方法給出寬吸收線區(qū)的覆蓋因子上限為30%,但一定程度上與模型相關(guān). 第二類方法發(fā)現(xiàn)BAL與非 BAL QSO只在發(fā)射線輪廓上有細(xì)微差異,BAL QSO的CIV線更加藍(lán)移,這可能說明它們有不同,或者只是二類系統(tǒng)不同的視角方向引起的,前者支持第一種觀點(diǎn),而后者支持第二種觀點(diǎn),因此第二類方法并沒有給出明確的傾向.?寬吸收線外流是由輻射加速的,假如外流的電離程度適宜,活動(dòng)星系核強(qiáng)的紫外輻射可以非常有效地加速物質(zhì)外流.在光學(xué)薄的情況下,輻射加速度可以寫成:其中為單位質(zhì)量物質(zhì)對(duì)頻率為的光子的吸收截面,

9、L為頻率處單位頻率間隔的光度,為平均吸收截面與電子散射截面之比,LUV為積分光度,LEdd為完全電離的氫輻射壓與引力平衡時(shí)輻射光度稱為Eddington光度, M為黑洞的質(zhì)量.對(duì)于典型的類星體而言,LUV/LEdd0.1,取決于詳細(xì)的吸收過程, 主要包括譜線的共振散射或者連續(xù)譜的光電吸收過程. 對(duì)于典型的類Li離子電離物質(zhì)而言,共振散射的截面與光電吸收的截面之比量級(jí)為105.但共振散射只能發(fā)生在吸收物質(zhì)共同坐標(biāo)系共振頻率附近,很容易飽和,因此它的重要性取決于吸收物質(zhì)的速度梯度.對(duì)于共振散射光學(xué)厚的物質(zhì),二者的相對(duì)重要性由柱密度的速度梯度ndr/d以及電離連續(xù)譜的形狀決定.在考慮的電離度范圍,估

10、計(jì)在1010000之間. 在一些情況下,塵埃的吸收也是重要的輻射力來源.觀測(cè)上發(fā)現(xiàn)吸收線輪廓的一些特征也說明共振線輻射壓是外流的重要加速機(jī)制,如CIV吸收坑中有時(shí)在速度5800km/s處有剩余流量的峰,這是由于NV離子吸收類星體強(qiáng)的Ly發(fā)射線后獲得額外的加速度而使得該速度段的離子數(shù)目降低引起的.?一些寬吸收線類星體的吸收坑的深度比部分連續(xù)譜深,從而要求寬吸收線物質(zhì)同時(shí)也吸收發(fā)射線,換言之,寬吸收線區(qū)在發(fā)射線區(qū)外.對(duì)于類星體,典型的寬發(fā)射線區(qū)的尺度為10161017cm, 作為比較,典型的108M質(zhì)量黑洞的半徑為1.5×1013cm.寬吸收線區(qū)可能延伸到pc秒差距尺度.從紫外吸收坑我們可以估計(jì)吸收離子柱密度的下限,這個(gè)下限對(duì)應(yīng)的物質(zhì)柱密度只有1021cm-2, 從吸收線輪廓看,吸收物質(zhì)