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星系演化晚期黑洞自转与黑洞质量的关系

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1 绪论

1.1 活动星系核

1.1.1 活动星系核简介及分类

1.1.2 活动星系核的统一模型

1.1.3 活动星系核的研究意义

1.2 黑洞

1.2.1 黑洞简介

1.2.2 黑洞质量的测定方法

1.2.3 黑洞自转的测定方法

1.3星系及演化

1.3.1 星系的分类

1.3.2 星系的形成及演化

2 黑洞自转、吸积与喷流理论

2.1 吸积盘理论

2.2 喷流

2.2.1 喷流简介

2.2.2 喷流的形成与黑洞自转相关性

2.3 吸积模式、黑洞质量与黑洞自转的关系

2.3.1 超大质量黑洞的质量与自转的增长模式

2.3.2 射电噪度与黑洞质量的关系

2.3.3 黑洞质量和自转与星系演化的相关性

3 黑洞质量与黑洞自转之间的关系

3.1 模型

3.1.1 ADAF模型

3.1.2 Jet

3.2 样本

3.3 结果

3.3.1 喷流功率的计算

3.3.2 黑洞自转的估算

3.3.3 黑洞质量与黑洞自转的关系

3.3.4 讨论

4 总结与展望

致谢

参考文献

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摘要

当代天文学已经进入了全电磁波段的研究,活动星系核是难得的能同时观测到从射电波段到γ射线波段辐射的天体,因此对于它的研究一直是天体物理研究中的前沿领域之一。相对于正常星系而言,活动星系的活动现象及物理过程更加剧烈。活动星系核的射电、红外、光学及X射线波段的观测为人们提供了丰富的关于宇宙形成的历史、超大质量黑洞的增长和活动星系核的演化等信息。此外,关于活动星系核的喷流的研究仍然是天体物理学的热点之一。
  目前有很多观测证据表明大多数星系中心都存在一个超大质量黑洞,并且星系的演化和性质与星系中心超大质量黑洞的活动性密切相关,中心黑洞和星系的共同演化是当今活动星系核研究中的一个热点问题,通过对中心黑洞和它的宿主星系关系的研究有助于人们理解超大质量黑洞的形成、增长以及星系如何形成和演化等一系列科学难题。黑洞自转和黑洞质量是黑洞的两个基本参量,其中,黑洞自转会随着黑洞的增长而演化。在本文中,主要研究的是星系演化晚期的黑洞自转与黑洞质量之间的关系。对于大多数星系而言,可以通过多种方法来进行黑洞质量的估算,如动力学的方法,光学紫外谱的拟合,反响映射和MBH~σbulge经验关系等多种方法,由此得知黑洞的质量是不难测定的。而对于黑洞自转的测量却并非如此,虽然现在可以通过某些办法测量黑洞的自转(如拟合展宽的FeKα发射线),但是对于超大质量黑洞自转的测量却比较困难。由于喷流可能与黑洞自转有关,因此,我们可以用喷流功率和X射线光度来研究黑洞的自转。在本文中,通过Kerr黑洞的ADAF加喷流模型,我们估算出了37个FR I和另外57个邻近的低光度活动星系核的黑洞自转。从而研究黑洞质量和黑洞自转之间的关系,由于黑洞质量和黑洞自转的变化与它所处星系的环境密切相关,所以可以进一步研究黑洞自转与星系形态之间的关系。
  本文第一部分首先对活动星系核进行了比较详细的介绍,包括活动星系核的主要观测特征、活动星系核的分类及统一模型,并进一步探讨了活动星系核的研究意义。然后对黑洞进行相关介绍,包括黑洞的分类及其基本参量,黑洞质量及黑洞自转的测定方法。最后简单的介绍了星系及其演化,包括星系的分类,星系的形成及演化。
  本文的第二部分是论文的研究背景,先主要介绍吸积盘的四种基本模型和喷流的相关内容,喷流与黑洞自转的关系,并给出相关的观测现象和理论依据。然后介绍吸积和喷流过程如何影响黑洞和星系的演化,最后探讨了观测到的射电噪度与黑洞质量之间的关系以及它对理解黑洞和星系演化的重要作用。从而,由喷流、黑洞自转及吸积等过程来探讨黑洞质量、自转与星系演化之间的相关性。
  本文的第三部分详细讨论黑洞质量与黑洞自转之间的关系。首先描述课题所采用的ADAF加喷流模型,接着介绍选取的观测样本,根据模型和样本,利用喷流功率和X射线光度之间的关系估算样本中每个源的黑洞自转,从而得出黑洞质量与黑洞自转之间的关系。即对于低光度活动星系核,中心黑洞的质量越大,其黑洞自转也越大,对应的宿主星系是椭圆星系;中心黑洞的质量小,其黑洞自转也小,对应的宿主星系是旋涡星系。
  最后,本文的第四部分是对本文研究内容及领域的总结与展望。

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