探究活动星系核X射线辐射准周期振荡现象

作     者：宋洁茹 

作者单位：安徽师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：舒新文

授予年度：2021年

学科分类：07[理学] 070401[理学-天体物理] 0704[理学-天文学] 

主      题：活动星系核 X射线 准周期振荡 RXJ1301.9+2747 光变曲线 

摘      要：活动星系核(AGN)是在中心区域具有剧烈辐射的一类特殊星系,具有的重要观测性质包括超大质量黑洞吸积辐射,随时间变化的光变曲线以及强的发射线,其中光变是AGN中非常普遍的一种现象。产生光变辐射的波段范围十分广泛,可以覆盖从射电到X射线波段,但由于X射线辐射源自黑洞边缘的区域,因此以X射线波段得到的光变信息最为重要。X射线波段的准周期振荡(QPO)是指辐射强度在此光谱波段处随时间发生可能的周期性变化现象。尽管形成此种现象的具体物理机制尚不明确,但它仍然是人们在宇宙中对黑洞及相关致密天体吸积的物理形成机制进行探测的一种有效途径。本文主要对一类特殊的超软活动星系核RX J1301.9+2747的X射线辐射进行了研究,并取得了相关创新型研究成果,具体研究内容如下:第一章简要介绍了活动星系核基本概念和观测特征,及其中的X射线辐射特性及准周期振荡的基本模型,概述了活动星系核X射线波段的光变曲线中准周期振荡现象的研究现状,突出了在其中对准周期振荡信号进行的搜寻工作具有的重大研究意义。第二章介绍了基于光变曲线提取周期性信号的三种主要分析方法,包括快速傅立叶变换、Lomb-Scargle周期图以及WWZ小波变换法,并探讨了三种算法各自的优缺点。基于对不同算法的研究,我们可以对实测天文数据进行多角度和多层次的评估,进而根据时间序列的自身特点来选取一套适用的算法对其进行分析和处理,提取潜在的准周期光变信号。第三章利用Lomb-Scargle周期图以及WWZ小波变换法对活动星系Mrk 766和RE J1034+396进行了分析,重现了文献中的关于QPO探测的研究结果,不仅验证了我们所掌握的数据处理方法对于QPO信号检测的准确性,还证实了通过Lomb-Scargle周期图和WWZ方法的联合,可以给出关于QPO更可靠的探测。第四章是本文最具重要性的工作。RX J1301.9+2747是最早报道有X射线耀发现象的AGN,具有极软的X射线能谱。我们收集了 RX J1301.9+2747在X射线波段间隔约20年的观测数据,综合应用快速傅立叶变换、Lomb-Scargle周期图以及WWZ小波变换法,对其宁静态的光变曲线进行了细致分析。在两次独立的X射线观测功率谱中探测到了显著的QPO信号,频率为6.68×10-4Hz,对应的周期约为1500s。通过光变曲线的蒙特卡罗模拟分析,给出了 QPO信号探测的置信水平高达99.893%。QPO信号的频率和黑洞质量关系服从3:2双频盘共振模型的理论预言。应用此模型我们对RX J1301.9+2747中心黑洞的自旋值作出了新的约束。我们的研究发现AGN中QPO的探测不仅与黑洞质量和吸积率相关,还与软X射线光谱形状也有较强的关联性,给出了在超软AGN中探测QPO的前景。本章结尾处总结了此工作的重要性与创新之处,阐述对超软AGN中X射线辐射爆发和准周期振荡现象进行更深入的研究和探索计划。本文在第五章对硕士期间其他工作进行了介绍。除掌握X射线光变数据处理方法之外,本人在攻读硕士期间对射电天文也有初步学习,对主要的射电源辐射机制和干涉阵射电数据处理过程有一定的了解。展示了相关干涉连续谱成像和光谱线分析的研究结果。最后对本章研究工作进行了总结。