黑洞吸积盘和冕的相互作用及其辐射谱

YNAO OpenIR > 高能天体物理研究组

	黑洞吸积盘和冕的相互作用及其辐射谱
	乔二林
学位类型	博士
导师	刘碧芳
	2010-05-28
学位授予单位	中国科学院研究生院（云南天文台）
学位授予地点	北京
学位专业	天体物理
关键词	黑洞吸积活动星系核黑洞x射线双星 Xte j1118+480 Gx339-4
摘要	对黑洞吸积过程的研究是现代高能天体物理中一个非常重要的课题。本文在盘蒸发的机制下研究了黑洞周围两类著名的吸积流---标准薄盘（SSD）和径移主导的吸积流（ADAF）的相互转换问题以及有蒸发的盘（注：本文中所说的吸积盘或者盘都指的是标准薄盘（SSD））和冕的一些具体应用。第一章，我们首先介绍了黑洞的基本概念，以及天文学上研究和探索黑洞的一些基本方法，然后引出了黑洞吸积的基本概念，阐述了几种著名的黑洞吸积模型。我们介绍了三类被广泛研究的可能隐藏着黑洞的天体---黑洞X射线双星（BHXBs），活动星系核（AGNs）以及极亮的X射线源（ULXs），并且简单讨论了这些天体的吸积模式，最后引出了黑洞周围的蒸发盘冕模型。第二章，我们较详细地介绍了两个重要的黑洞吸积模型---光学厚的、几何薄的、冷的标准薄盘（SSD）和光学薄的、几何厚的、热的径移主导的吸积流（ADAF），作为研究吸积盘和冕的基础。第三章，我们详细地介绍了黑洞周围吸积盘蒸发形成冕的基本物理过程以及数学描述，给出了吸积盘上的冕沿垂直方向的基本结构以及蒸发率沿径向的分布。第四章，我们研究了蒸发盘冕模型的一个应用---粘滞参数α对光谱态转变光度以及盘截断半径的影响。观测表明X射线双星会发生低/硬态和高/软态这两个光谱态之间的转变。不同的源在这个转变过程中的转变光度有很大的差别，甚至对于同一个源在不同时期的转变这个转变光度也有很大的不同。转变光度的范围大概在0.0069到0.15个爱丁顿光度之间。为了理解导致不同转变光度的内在物理原因，我们在蒸发盘冕模型的框架下研究了无量纲的粘滞参数α对转变光度的影响。我们取0.1 < α < 0.9，计算了盘的蒸发率。通过拟合理论的数值结果，我们得到了最大蒸发率和粘滞参数 α的解析关系，同时我们得到了最大蒸发率所对应的半径和粘滞参数α的解析关系。计算表明，粘滞参数α对蒸发率有非常明显的影响。和观测比较，我们发现通过改变粘滞参数α的大小，我们可以较好地解释不同源的转变光度，并且我们得到的粘滞参数α的范围和观测上一致。同时，我们研究了粘滞参数α对于一些较亮的源处于低/硬态时盘的截断半径的影响，我们的结果也和观测一致。第五章，在蒸发盘冕模型的基础上，我们计算了内区热的，光学薄的径移主导的吸积流（ADAF）加上外区冷的，光学厚的标准薄盘（SSD）以及热的冕的辐射谱。在计算蒸发率的时候，我们同时考虑了磁场对冕的影响以及来自盘的软光子对冕的康普顿冷却。如果最外区的吸积率等于某个半径处的蒸发率，稳定后盘就会在这个半径处截断。对于不同的吸积率，我们首先自洽地计算了盘的截断半径，然后计算了截断半径以内的ADAF+外区SSD+冕的辐射谱。对于内区ADAF辐射谱的计算，我们除了考虑了ADAF自身轫致辐射和同步辐射光子的逆康普顿散射过程，同时我们还考虑了来自外区盘的软光子进入到ADAF后的逆康普顿散射过程。对于外区盘冕相互作用系统辐射谱的计算，我们考虑了来自盘的软光子在冕中的逆康普顿散射过程，同时我们考虑了冕中物质轫致辐射产生的光子在冕中的自康普顿散射。计算表明，在较低吸积率的时候，盘截断在较大的半径处，蒸发盘冕模型的辐射谱和ADAF的辐射谱非常类似；在较高吸积率的时候，盘会截断在较小的半径处，这种情况下盘的辐射对整个辐射谱的贡献就变得非常重要。从理论辐射谱，我们得到了爱丁顿比ξ=L0.5-25 keV / LEdd和硬X射线光子指数Γ的反相关关系，这个反相关关系可以很好地解释黑洞X射线双星XTE J1118+480的观测数据。第六章是对未来工作的一些展望。
其他摘要	Studying the black hole accretion process is a very important topic in high energy astrophysics. In this thesis we investigate the transition between the standard thin disk (SSD) and the advection dominated accretion flows (ADAF) within the framework of disk and corona with mass evaporation, and we calculate the spectra from the ADAF, the truncated disk and the corona.
学科领域	天文学
页数	78
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/5084
专题	高能天体物理研究组
推荐引用方式 GB/T 7714	乔二林. 黑洞吸积盘和冕的相互作用及其辐射谱[D]. 北京. 中国科学院研究生院（云南天文台）,2010.

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黑洞吸积盘和冕的相互作用及其辐射谱.pd（1393KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	浏览请求全文