黑洞潮汐瓦解恒星事件和双黑洞系统对耀变体光变的影响

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活动星系核是宇宙中最明亮的天体之一,而耀变体是一类喷流指向地球观测者的活动星系核。作为中心引擎,黑洞势必对活动星系核的光变产生影响。目前人们在活动星系核中发现了数例黑洞潮汐瓦解恒星事件,这种事件可以作为耀变体的一种光变机制。在活动星系核中,双黑洞系统会引起周期性的光变现象,目前已经发现有不少具有准周期性光变的活动星系核。本文首先介绍了活动星系核和黑洞的基本物理,回顾了黑洞潮汐瓦解和活动星系核中的超大质量双黑洞的研究现状,并简要介绍了γ射线、X射线以及紫外和光学波段的数据处理流程以及数据来源。然后我们介绍对耀变体光变机制研究的工作,最后进行本文总结与展望。本文对两个特殊的耀变体,OJ 287和PG 1553+113的几次光变现象的光变机制进行了分析,并讨论了它们的X射线光变来源。首先,我们分析了耀变体OJ 287在2016-2017和2020年的两次X射线爆发事件。OJ 287在2016-2017年的爆发中,X射线的流量突然上升,硬度比非常小,爆发期间的能谱非常软,X射线表现出“变亮变软”的趋势,X射线的硬度比在爆发期间不随软X射线光度和时间变化。另外,紫外和光学波段也表现出非常强的爆发,在爆发期间,紫外和光学波段的颜色有“变亮变蓝”的趋势,并且不随时间演化。相比于爆发之前,爆发后的光谱中的一些发射线明显增强。而在2020年的爆发中,X射线也表现出与2016-2017年爆发相似的“变亮变软”行为。在硬度比、能谱等方面也与2016-2017年的爆发相似。在紫外和光学波段,呈现出“变亮变蓝”的趋势,虽然uw2-u没有表现出明显的随时间变化,但是u-v和b-v却表现出了红化现象。此外,在2020年爆发的后期,X射线流量持续衰减的时候,紫外和光学波段却出现了再次的耀发,这次耀发的X射线比耀发前和耀发后的要硬。我们用喷流进动、黑洞撞击吸积盘的后效应和黑洞潮汐瓦解恒星分别对2016-2017年和2020年的X射线爆发事件进行了分析和探讨,发现喷流的进动和黑洞撞击吸积盘的后效应并不能很好地解释这两次X射线爆发。我们对爆发的光变曲线进行了拟合,发现这两次爆发的光变曲线衰减与黑洞潮汐瓦解恒星的预测非常吻合,结合观测的现象,我们认为这两次X射线爆发很可能与黑洞潮汐瓦解恒星有关。另外,我们还根据拟合的参数和观测数据对被瓦解恒星的质量、半径和轨道等参数进行了限制。然后,我们探讨了耀变体PG 1553+113的准周期性X射线光变的来源。在γ射线波段,PG 1553+113的光变存在一个大约2.2年的准周期,这种行为也同样在光学波段被发现。γ射线的光变曲线中,除了有2.2年准周期的主爆发,其周围还伴随着一系列的弱爆发。这些爆发都能在X射线上找到对应行为。在主爆发和弱爆发期间,X射线的能谱较硬,有“变亮变硬”的趋势,而在宁静态,X射线则有轻微的“变亮变软”的行为。我们使用了双喷流进动模型对PG 1553+113的X射线光变曲线进行了分析,发现该模型可以较好地解释准周期的X射线光变。利用模型拟合的结果,我们对PG 1553+113的双黑洞系统进行了参数限制,分别得到了主黑洞和次黑洞的质量以及质量比,计算结果与前人估算、推测的结果吻合得比较好。本文结合多波段的观测数据,通过黑洞潮汐瓦解恒星和超大质量双黑洞系统的效应分别对这两个耀变体的X射线光变进行了探讨。通过研究,我们对耀变体的光变来源有了新的认识,也为今后研究耀变体的光变和辐射提供了新的思路和新的手段。接下来我们还需要更多更高精度和高采样率的观测来帮助我们更为深入地了解耀变体的光变机制以及内部的物理活动。
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