活动星系核及致密天体04连续辐射课件

活动星系核及致密天体,首页,云南大学物理系,2009,（第四讲）,第四章 连续辐射,概述,第四章 连续辐射,4.2 高能谱,4.3 红外连续谱,4.4 射电连续谱,4.1 紫外-光学连续谱,4.5 BLazar 天体光谱,概述-1,概述,初步认识：,连续谱特点：非常复杂,非热辐射； 同步辐射同步自康普顿辐射（SSC）； 经由 SSC 过程可达至 X-射线的高能,幂律谱（近似）,辐射机制：,主要问题：,理论预言的偏振高于观测 （除 blazar 天体外）,概述-连续谱实例,连续谱实例：,概述-电磁波谱,电磁波谱：,概述-谱特征,谱细节主要特征：,4000 - 1000 的强宽谱结构 “ 大蓝包”； 普遍认为热发射起源，或光学厚（黑体辐射）； 或光学薄（自由-自由辐射）,1m 处凹陷，长波方向的平滑部分 “红外（IR）包”； 认为有尘埃冷热谱；,亚毫米中断（submillimeter break）,概述-待研究问题,基本问题：,AGN光谱中有多少是热辐射？有多少是非热辐射？,热辐射 粒子速度为麦克斯韦-波尔兹曼分布； 非热辐射 （如同步幂律谱） 非麦克斯韦-波尔兹曼分布，粒子动能分布必须是幂律的。,引伸问题：,观测到的辐射中有多少是主要的 黑洞激励或吸积盘热辐射？有多少是次要的 光致电离或碰撞电离气体的再辐射？,概述-意义,研究意义：,热辐射与非热辐射的区别研究：,热辐射 各向同性； 非热辐射 高度的方向性，特别在相对论喷流中。,注意：,研究辐射机制与物理结构。,理论模型之间存大争议； 各模型的适用范围。,4.1 紫外/光学连续谱,4.1 紫外/光学连续谱,大蓝包的可能解释,可能的解释吸积盘,取决于辐射机制 光学厚（黑体辐射）或光学薄（自由自由）区域辐射。,以黑体辐射（几何薄、光学厚的吸积盘）估算吸积盘能谱。,参见第三章，（3.21）式,能谱分布：,光学厚吸积盘,盘面温度的近似分布：,参见第三章，（3.18）式,流量：,rr+dr 环的辐射光度（假定径向对称）：,吸积盘对辐射方向倾角,盘面总辐射光度：,光学厚吸积盘,粗略近似结果：,薄吸积模型主要预言结果：,观测到的大部分紫外波长的辐射主要产生盘的不同部分，不同于光学波段的情况。,与紫外幂律拟合比较：,不符合！,光学厚吸积盘,解释：模型过于简化，待修正（如转动、倾角、相对论效应、加冕等）。,修正后模型计算的主要预言结果：,相对论效应将大大地影响偏振，大倾角情况下犹为显著 ； 盘垂直方向有温度梯度，可很大地改变 Lyman 边缘的非连续问题 。,（未得到满意的证实）,光学厚几何薄吸积盘拟合大蓝包时，吸积盘出射谱在 Lyman 边缘（Lyman edge，或称 Lyman 系限，即 912 处 ）会发生跃变，但多数情况下未观测到此特征。这是此模型解释大蓝包碰到的最大困难。,光变,光变：,光变时标提供了理论模型参数的限制。,参数限制,辐射区域上限的限制：,其他观测研究，如引力透镜，也可得到辐射区域上限。,紫外 / 光学连续谱光变结果：,（1）紫外和光学连续谱变化同相；,（2）谱变亮连续谱变硬（谱指数 减小），大者变化较大 ；,（3）UV 段有短时标小辐（百分之几）光变。,其他模型,温度分布难以解释 UV /光学的同时光变。,光变结果引出的问题：,其他模型 光学薄模型,辐射主要为自由-自由辐射模型（韧致辐射）； 主要不利因素：AGN辐射效率极低； 主要优点： （1）谱指数拟合与观测值较符合； （2）偏振较低； （3）辐射区尺度限制与 UV / 光学光变不冲突，不过在 X-射线光变解释上有众多问题。,4.2 高能谱,4.2 高能谱,含意 ,X-射线； -射线,观测数据来源 ,卫星（如Chandra，CGRO）,研究意义 ,活动星系核内区的探针,（产生于内核区；有快速光变；辐射占 AGN 热光度的10 ）,特别的术语,“软 X-射线” 0.1-2 keV；,“硬 X-射线” 2-100 keV；,“ -射线” 100 keV 以上；,源自观测,观测卫星,卫星（曾经的）,惯例,SED惯例 ,光子数（photons）vs 光子能量（keV）,重要关系,能量谱指数,光子谱指数,谱概述,Gamma谱概况,X-射线谱概况, 不宜以单一幂律描述,除blazar外，通常为弱源；,50-150 keV 观测流量低于X-射线幂律外推结果；,强辐射（几百 keV），通常为 blazar 源,能量比较,相对能量比较,光学/X-射线光谱指数,静止坐标系与红移； K-修正；,注意问题：,X-射线辐射起源,X-射线辐射起源,主要模型：低能光子逆康普顿散射；,低能光子 吸积盘的紫外/光学连续辐射； 高能电子 围绕吸积盘冕中的热电子； 术语：康普顿化（Comptonization ）,其他模型：如纯热起源, 起源并不完全清楚,主要模型推算结果,物理过程：,电子-质子对,条件：光学厚源，光子相互作用的光深 1,推算-1,推算：,以致密度参数表示,光子数密度 (cm-3)；,作用截面 (cm2)；,辐射源尺度 (cm)；,Gamma射线光度 (ergs/s)；,产生康普顿散射的光深（optical depth）条件,推算-2,AGN情形,（4.14）,光度条件：,观测支持：,观测的幂律斜率对预测幂律的支持； 预言的 AGN Gamma-射线辐射弱于X-射线幂律外推结果。,软X-射线谱,软X-射线谱,软X-射线谱解释模型,软X-射线谱解释 冷气体反射模型,X-射线光变,X-射线光变,X-射线光变与紫外/光学波段光变相关 因果关系？,X-射线光变与紫外/光学波段光变未探测到时滞 同时？,X-射线光变未探测到周期性 无轨道运动证据,Seyfert 1 星系的短时标光变特点：,光变功率谱具有1/ f1-2 形式 光变功率谱未找到几百秒的特征时标（据核心几倍 Rs ）。,X-射线长时标光变,资料很少，待研究。,4.3 红外连续谱,4.3 红外连续谱,起源 ,仍有争论,Seyfert II 星系中的尘埃发射谱和吸收谱表明热起源；,基本观点：,或射电幂律谱的延伸 SSC机制？,所有的非 blazar 的活动星系核的红外连续谱实际上都是热起源。,观测证据：,观测证据1,升华半径, 以 为单位的中心源紫外光度；, 以1500K 为单位的颗粒升华温度。,红外连续谱显示出与紫外/光学连续谱相同的光变，然而却具有相当的时间延迟。,Fairall 9 源：400天时滞； ；,若,观测证据2,远红外到亚毫米的观测有限，亚毫米光谱能量分布（SED）下降得非常陡，谱指数必小于同步自吸收预期值-2.5；,热谱可以产生一个陡谱中断，因为小颗粒发光效率是对频率敏感的函数，通常,，,4.4 射电连续谱,4.4 射电连续谱,中心致密源：,平谱，非热起源，同步辐射机制。,非热起源证据：,光谱形状:,致密源光谱指数接近平谱，但在短波长逐渐变陡；,亮温度:,利用比光强计算的等效亮温度 ；,视超光速运动,视超光速运动,甚长基线干涉（VLBI，very long-baseline interferometry），源分离运动：,几何解释-1,视超光速运动的几何解释,几何解释-2,观测的横向速度：,视横向速度与观测视角的关系图,峰值位置,4.5 Blazar天体光谱,4.5 Blazar天体光谱,Blazar ,BL Lac 天体，OVV类星体,观测特征,起源于一个不可分解源的平滑的（即无特征的）连续谱； 快速的、大幅度的光学光变（时标为天量级或更短），流量以及 偏振皆是如此； 高度变化的光学偏振，可达相当大的值（3-4%）； 强的且变化的射电发射，即强射电源（Radio-loud）； BL Lac 天体有弱的发射和吸收线，或观测不到发射线；红移往 往不大； OVV中宽发射光谱线为突出特征，红移较大（Z 0.5）； 视超光速现象,观测特征和SED,典型的 SED,1. 峰值出现在不同