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活动星系核统一模型与铁Kα发射线

作　者: 舒新文
导　师: 王俊贤；郑玮；Tahir Yaqoob
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 天体物理
关键词: 发射线星系核 Seyfert 宽线区射电星系等值宽度吸积盘高红移恒星质量 FWHM 辐射谱恒星形成率 AGN 星族连续谱尘埃光度爱丁顿寄主星系类星体
分类号: P145.9
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

活动星系核(AGN)统一模型认为Seyfert 1和Seyfert 2星系的中心引擎结构是相同的,他们之间所表现的不同类型主要是因为对观测者的视角不同。在Seyfert 2星系中没有发现宽的发射线是由于视线方向上几何和光学厚的尘埃环的遮蔽引起的。对Seyfert 2星系的偏振观测发现了隐藏的宽发射线是对统一模型最有力的支持。X射线可以用来测量Seyfert 2星系视线方向上尘埃环的吸收,因而也可以用来验证统一模型。X射线照射到黑洞周围的气体如吸积盘或尘埃环上还会产生显著的位于6.4 keV附近的铁Ka荧光线辐射,这种荧光线辐射被认为是探测活动星系核内区结构的重要探针。我们在第一章综述了统一模型和铁Kα荧光线研究现状。本文的工作正是围绕着统一模型和铁Kα荧光线的研究展开的,具体的结果如下：在第二章中,我们研究两类Seyfert 2星系(有无偏振的宽发射线)的核区遮蔽与统一模型的关系。我们选取了z<0.06有偏振观测的Seyfert 2星系样本,其中29个Seyfert 2探测到了偏振的宽发射线,25个Seyfert 2没有发现偏振的宽线,并比较了两类Seyfert 2星系的X射线波段的吸收柱密度(NH),FX／F[OⅢ]比,和Fe Kα线等值宽度。这些观测量可以做为核区遮蔽的指示器。我们发现对于高光度的Seyfert 2星系(L[OⅢ]>1041 erg S-1),有偏振宽线Seyfert 2的NH要明显的小于没有偏振宽线的Seyfert 2,置信水平为92.3%：大部分NH<1023.8cm-2的Seyfert 2有偏振的宽发射线(86%),而大于这个吸收柱密度时,有偏振宽线的Seyfert 2比例为54%。当比较它们的FX／F[OⅢ]和Fe Kα线等值宽度时,区别的显著水平有所提高,分别为99.1%和95.3%。我们发现两类Seyfert 2星系核区遮蔽的区别不是由于观测的选择效引起的。我们的结果第一次在高显著水平上发现,除了核区活动性,尘埃环的遮蔽对探测偏振的宽线有很大的影响。我们的结果可以在统一模型的框架下得到解释,即尘埃环的倾角越大,X-ray吸收越强,对宽线散射屏的遮蔽也越严重。在第三章中,我们详细研究了Seyfert 2星系NGC 7590的核区遮蔽性质。NGC 7590的偏振观测没有发现隐藏的宽线区,而之前低分辨率的ASCA观测认为这个星系几乎没有X射线吸收(NH<9×1020 cm-2),与统一模型的预言不一致。我们利用最新的XMM-Newton卫星对NGC 7590的观测,发现其X-ray辐射由核外的极亮X射线源(ULX)和延展的寄主星系的辐射主导。与寄主星系的辐射相比,核区辐射非常弱。利用XMM-Newton测量的核区2-10 keV流量,我们发现NGC 7590的FX／F[OⅢ]非常小(<0.1),表明NGC 7590很可能是康普顿厚的。在第四章中,我们利用Chandra高能光栅(HEG)的观测,系统研究了36个低吸收(NH<1023 cm-2)活动星系核的窄Fe Ka荧光发射线的特征。我们在33个AGN中探测到了Fe K线辐射,其线心能量分布集中在～6.4 keV,其中>80%的测量位于6.38-6.43 keV。因此,我们证实了AGN中窄Fe Ka线是普遍存在的,它们应起源于非常冷的、中性或低电离的物质。此外,我们发现加权平均的Fe Kα线等值宽度(EW)为53±3 eV,其中70%测量的1σ上限<100eV。对于有多次观测的源,我们发现在误差范围内,观测和观测之间没有明显的线流量光变。我们可以限制27个源的Fe Ka线宽度,加权平均的半高全宽FWHM=2060±230 km S-1。我们比较了12个源的Fe Kα线宽与光学HβFWHM的关系。结果发现FWHM(Fe K)／FWHM(Hβ)的分布较广,表明不同源的铁线发射区相对于宽线区的尺度不尽相同。最后,利用HEG测量的窄Fe Ka线参数,我们证实了EW和X-ray光度(Lx)的反相关关系(即X-ray Baldwin效应),以及EW和爱丁顿比(Lx／LEdd)的反相关关系。在第五章中,我们分析了XMM-Newton于2003年对Seyfert 1.9星系NGC2992的观测,发现其X射线流量处于迄今发现的最高态(为历史最低2-10keV流量的23.5倍左右),并且在～5-7 keV波段有显著的相对论性宽Fe Ka发射线特征。与低态的Suzaku数据相比,宽铁K线的流量随连续谱有相同幅度的光变,表明宽铁K线与连续谱流量正相关。这种行为与其它活动星系核观测到的宽铁K线流量不随连续谱变化正好相反。第六章是全文的总结和未来研究的展望。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-10
目录  10-19
第1章绪论  19-42
  1.1 活动星系核的基本观测特征  19-21
  1.2 活动星系核的统一模型与研究现状  21-25
  1.3 活动星系核的X-ray辐射特征  25-29
  1.4 活动星系核的铁Kα荧光线辐射  29-37
    1.4.1 铁Kα荧光线辐射的盘线模型  30-32
    1.4.2 宽铁Kα荧光线的观测  32-34
    1.4.3 铁Kα线的光变  34-36
    1.4.4 窄Fe Ka荧光发射线  36-37
  1.5 X-ray天文观测卫星简介  37-42
    1.5.1 Chandra X射线天文台  37-39
    1.5.2 XMM-Newton X射线望远镜  39-41
    1.5.3 小结  41-42
第2章两类Seyfert 2星系的核区遮蔽与统一模型  42-64
  2.1 引言  42-46
  2.2 样本  46-47
  2.3 比较两类Seyfert 2星系的X-ray遮蔽  47-51
  2.4 结论与讨论  51-64
    2.4.1 样本选择效应  52-56
    2.4.2 物理解释  56-64
第3章 NGC7590核区遮蔽的研究  64-75
  3.1 引言  64-67
  3.2 XMM观测与数据分析  67-72
    3.2.1 成像分析  67-68
    3.2.2 光变曲线分析  68-70
    3.2.3 光谱分析  70-72
  3.3 讨论  72-74
    3.3.1 严重遮蔽的活动星系核?  72-73
    3.3.2 宽线区是否存在?  73-74
    3.3.3 恒星形成率  74
  3.4 结论  74-75
第4章活动星系核窄铁Kα发射线的研究  75-107
  4.1 引言  75-76
  4.2 Chandra高能光栅观测及数据处理  76-77
  4.3 数据分析与结果  77-87
  4.4 窄铁Kα线的特征  87-106
    4.4.1 铁Kα线的线心能量分布  91-95
    4.4.2 铁Kα线的等值宽度  95-98
    4.4.3 铁Kα的线宽度分布  98-102
    4.4.4 铁Ka线的流量  102
    4.4.5 X-ray Baldwin效应  102-106
  4.5 小结  106-107
第5章 NGC 2992中宽铁Ka荧光发射线的研究  107-126
  5.1 引言  107-108
  5.2 XMM观测和数据处理  108-109
  5.3 光谱分析  109-116
    5.3.1 基本模型  110-115
    5.3.2 宽Fe Kα线和窄Fe Kα线  115-116
  5.4 结果  116-119
    5.4.1 连续谱  116-117
    5.4.2 Fe K发射线  117-119
  5.5 与历史X射线观测的比较  119-124
    5.5.1 NGC 2992的光变历史  119-121
    5.5.2 历史的X-ray光谱分析结果  121-122
    5.5.3 反射连续谱的变化  122-124
  5.6 讨论  124-126
第6章结论与展望  126-129
  6.1 结论  126-127
  6.2 展望  127-129
第7章博士期间的其他工作简介  129-152
  7.1 高红移类星体和射电星系周围伴星系的光学和紫外特性  129-152
    7.1.1 引言  129-131
    7.1.2 样本,数据和测量  131-134
    7.1.3 Spitzer IRAC成像  134-136
    7.1.4 计算星系恒星质量  136-138
    7.1.5 结果  138-142
    7.1.6 讨论  142-145
    7.1.7 结论  145-152
参考文献  152-168
附录两类Seyert 2星系的X-ray光谱及最佳拟合模型  168-173
致谢  173-175
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果  175-177

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