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活动星系核-国家天文台
AAA-001V0.1
2015/09/25
EP 在活动星系核研究领
域的科学机遇
爱因斯坦探针科学论证报告
薛永泉(中国科学技术大学)
舒新文(安徽师范大学)
周新霖(中国科学院国家天文台)
张 晋(中国科学院国家天文台)
吴学兵(北京大学)
王俊贤(中国科学技术大学)
王挺贵(中国科学技术大学)
袁 峰(中国科学院上海天文台)
罗 斌(南京大学)
AAA-001V0.1
2015/09/25
总结摘要 (executive summary)
活动星系核(AGN )是指那些具有强烈电磁辐射的星系核心,其巨大
能量是由中心超大质量黑洞吸积周围物质,将其释放的引力能转化为热能、
辐射能而产生的。各种时标的多波段光变是AGN 的典型观测特征,其中尤
以X 射线光变最为引人注意,因为其光变剧烈、光变时标短、携带着AGN
吸积盘最内区的丰富物理信息。因此,AGN 的X 射线光变长期以来一直被
用作研究星系中心超大质量黑洞的探针。但是,目前我们对AGN 的X 射线
光变还没有很根本的认识,对其来源和产生机制仍不甚清楚。EP 卫星具有
空前的软X 射线巡天能力,其grasp (即探测器有效面积与视场的乘积)比
起之前同类卫星提高了一到两个量级,这使得EP 能在从百秒到年的采样频
率上对全天数百个亮AGN 进行监测,获得前所未有的大样本光变数据。我
们拟据此重点开展以下四个方面的研究:(1)对大样本亮AGN 的软X 射
线功率谱(PSD )进行完整测量;(2 )系统监测和研究AGN 中罕见的大
幅度X 射线光变和耀发现象;(3 )研究大样本AGN 的长期光谱变化以及
开展其爆发监测;(4 )开展AGN/类星体(QSO )巡天。这些前所未有的
数据将促进我们对AGN X 射线辐射的剧烈光变与爆发现象及其产生机制,
超大质量黑洞的吸积盘、喷流及冕区的物理条件、结构、动力学与辐射过
程,以及AGN 的宇宙学演化等科学问题的进一步认识。另外,鉴于EP 能
够探索一个全新的发现空间(大天区、长时标软X 射线的系统监测),我
们将有可能发现前所未见的黑洞吸积现象——宇宙的复杂多样性总是超乎
人类的想象!
1
AAA-001V0.1
2015/09/25
1 简介
活动星系核(AGN )是指那些具有强烈电磁辐射的星系核心,其中光
度极高的那部分AGN 可以淹没其宿主星系本身的辐射。根据不同观测表征,
AGN 可以分为不同子类,例如I 型与II 型(取决于光学光谱是否具有宽/
窄发射线)、类星体(QSO ;光度极高)、耀变体(blazar ;喷流大致指向
地球)、平谱射电类星体(FSRQ )以及窄线塞弗特I 型星系(NLS1 星系)。
具有广泛影响力的AGN 统一模型指出,不同种类的AGN 在本质上是同一
类天体,其不同观测表征源于观测视线的差异。普遍认为AGN 的巨大能量
是由星系中心超大质量黑洞(约 10^6-10^ 10 太阳质量)吸积周围物质,将
释放的引力能转化为热能、辐射能而产生的。
各种时标的多波段光变是AGN 的典型观测特征(e.g., Ulrich et al. 1997 ),
也是已知的各种不同尺度黑洞吸积系统的共性。其中,X 射线光变尤为引
人注意,因为其光变剧烈、光变时标短、携带着AGN 吸积盘最内区的丰富
物理信息,例如,黑洞辐射区尺度、吸积流结构、变化及其不稳定性都会
被烙印在X 射线的流量和光谱变化曲线中。因此,AGN 的X 射线光变长期
以来一直被用作研究星系中心超大质量黑洞的探针(e.g., Mushotzky et al.
1993)。尽管对AGN 的X 射线光变还没有很根本的认识,我
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