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    中国科技大学首次发现黑洞潮汐撕裂星事件中光学铁发射线的滞后效应

    发布日期:2021-02-20 07:11 物理论文

    中国科学技术大学天文系王廷桂教授首次探测到黑洞潮汐撕裂星事件中的光铁发射线,发表在国际知名学术期刊《天体物理快报》网上。

    超大质量黑洞一般存在于星系中心。当它们处于高速吸积和生长阶段时,它们表现为活动的星系核(AGN)。多组分混铁发射线是AGN紫外和光谱的重要特征之一。观察到光学Fei强度与爱丁顿比有很好的相关性,可以作为爱丁顿比的指标。爱丁顿比是描述黑洞吸积系统和构建黑洞活动主序关系的最重要的物理量之一。然而,由于铁丝能级的复杂性,至今人们对铁丝的产生机制和区域并不清楚,这严重制约了我们对AGN的认识。

    近年来,在蓬勃发展的时域测量中发现了一些不同于AGN的黑洞暂时吸积事件,称为黑洞潮汐撕裂星事件(TDE)。如果TDE发生在AGN(图1),黑洞吸积率逐月变化会比AGN将军大得多,这为研究发射线对中心辐射的响应,进而了解AGN的结构提供了极好的机会。在课题组前期工作中,在PS16dtm、PS1-10adi等著名事件中探测到了超级尘埃环的红外回波信号,前期伴随着尘埃升华过程。推测是尘埃中的铁元素释放到气态,然后产生观测到的增强FeII辐射。

    通过仔细分析PS1-10adi不同阶段的光谱,研究小组首次发现了光学FeII线对中心辐射的异常响应(TDE爆炸前后的Fei响应具有不同的幂律指数,图2)。在相同的中心光度下,爆炸后的FeII强度高于爆炸前,说明爆炸过程中产生生铁的气体量确实增加了。当中心光度衰减到爆炸前的水平时,FeII的强度不回到爆炸前的水平,而是高于爆炸前的水平,这是一种滞后效应。这种效应在很多领域都很常见,是一种路径依赖效应,即系统的状态不仅与当前系统的输入有关,而且由于过去输入过程的路径不同,结果也不同。比如把一块粘土放在手上,挤压后不施力,此时的力可以认为和之前放在手上的力是一样的,但不再是之前的形式,不同的挤压方式也会导致不同的形式。作为另一个例子,在给定的磁场中,取决于磁场的过去状态,磁体可以包含不止一个可能的磁矩。也就是说,磁场过去的状态,即使磁场的状态发生变化,对现在磁铁的磁矩仍然会有影响。磁滞现象可见于铁磁体、铁电材料、橡胶管变形和形状记忆合金。但这种效应最早是在活跃的银河核中发现的。费伊线的滞后效应可以解释为TDE的费伊线起源于刚从尘埃中升华出来的气体。而其他常见的品系如H品系则没有发现这种效应,爆发前后H的反应是一致的。所以说明FeII与H的线比可以作为爱丁顿比的指标。

    这项工作进一步证明了AGN TDE事件对理解黑洞吸积系统具有重要的研究价值。我校与紫金山天文台合作建设的宽视场观测望远镜(WFST)有望发现大量此类事件,有望推动该领域的发展。该论文的第一作者和合著者是何志成,他是天文学系的特别助理研究员。该论文由天文学系副研究员姜宁和王廷桂教授合著。本研究得到了中国大学青年创新基金的资助


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