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国家天文台发现活动星系核中罕见的X射线准周期振荡现象

2016-09-01 国家天文台
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  近日,中国科学院国家天文台高能天体物理研究团组在活动星系核1H 0707-495X射线辐射中发现了一个高频准周期振荡信号。该研究结果已经发表在近期出版的美国《天体物理期刊通讯》(Astrophysics Journal Letter)上(潘海武,袁为民等, ApJL, 819, L19)。

  X射线的准周期振荡最早发现于黑洞X射线双星中。研究表明其产生机制应该和黑洞附近的气体动力学过程有关,可以提供黑洞的重要信息,如黑洞质量及自旋。目前在一些黑洞X射线双星中已经观测到显著的高频准周期振荡信号,该信号的频率和黑洞质量以及自旋的关系也引起了普遍关注。然而,在同样是黑洞吸积系统的活动星系核中,却鲜有高频准周期振荡的发现。目前唯一一例被大家所公认的活动星系核X射线高频准周期振荡发现于RE J1034+396中(Gierliński et al 2008, Nature, 455, 369)。黑洞X射线双星中的黑洞质量在恒星量级,而活动星系核中心的黑洞都为超大质量黑洞(一般在105-109M之间)。高能天体物理研究团组之前曾利用目前已有的高频准周期振荡探测源,发现由黑洞X射线双星得到的准周期振荡频率和黑洞质量的关系可以从恒星级质量黑洞区域延伸到超大质量黑洞区域,并指出这个关系应该是黑洞吸积系统的普遍尺度关系。然而,发现有准周期振荡信号的活动星系核非常稀少,仅有一例。因此,需要探测更多的活动星系核中的准周期振荡来验证这一普遍关系,这也有助于探索黑洞附近高频准周期振荡的起源。但是,在首个活动星系核中的高频准周期振荡被发现之后的8年中,国际上有不少研究团队努力在其他活动星系核中探测高频准周期振荡,均无果而终。

  为了在活动星系核中寻找到新的高置信度的高频准周期探测,国家天文台研究人员利用XMM-Newton望远镜对一个窄线赛弗特1类型活动星系核样本的X射线观测数据,通过X射线光变的功率谱分析,系统地搜寻了它们的高频准周期振荡信号。在活动星系核1H 0707–495的一次约100ks的观测中,发现了显著的高频准周期振荡信号,其频率约为2.6×10-4Hz,置信度高于99.99%(图1)。同时,通过分析CTIO望远镜观测得到的1H 0707–495的光学光谱,并利用维里方法得到其中心黑洞质量约为5.2×106M1H 0707-495的高频准周期振荡信号很好地符合了此前由高能天体物理研究团组提出的恒星级质量黑洞到超大质量黑洞这个跨越了六七个量级的区间内都成立的普遍尺度关系(图2),这是对普遍尺度关系再一次强有力的验证。该研究还对目前有高频准周期振荡信号的恒星级质量黑洞和超大质量黑洞进行了分析,发现高频准周期振荡倾向于出现在具有高吸积率的吸积系统中,此发现将有助于相关理论模型的限制。

 

  图1 1H 0707-495的功率谱,在2.6×10-4Hz处的峰值即为寻找到的高频准周期振荡信号,虚线为通过蒙特卡洛模拟得到的99.99%的置信度对应的信号强度。 

 

  图2 高频准周期振荡频率和中心黑洞质量关系。实线为从左上角的三个X射线双星得出的普遍尺度关系并外推到超大质量黑洞的范围,1H 0707495出现在右下角五角星标记处。虚线和点线分别为利用3:2的共振模型计算得到的自旋为零和极大时对应的情况。

打印 责任编辑:叶瑞优

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