（天体物理专业论文）类星体宽吸收线区的共振与电子散射偏振.pdf

摘要 大约1 0 2 0 的光学选类星体( q s o s ) 中存在着蓝移速度达到01 光速的共 振散射宽吸收线坑。一般来说，经常探测到的宽吸收线( b a l l 为高电离线，如 c i v ，n v ，s i i v 和o i v ，这些宽吸收线类星体( b a lq s o s ) 中有1 0 同时又 存在低电离宽吸收线，如m g i i ，a i i i i ，甚至f e i i 。蓝移的吸收线说明它们产 生于部分电离的从类星体外流的气体，也就是宽吸收线区f b a l r ) 。宽吸收线 区存在于所有的或者绝大多数的类星体里的观点已经被广泛接受。观测证据倾 向于认为宽吸收线区覆盖了吸积盘面附近一个较小的立体角。最近的工作又发 现宽吸收线区对于软的甚至中等能量的x 射线是光学厚的，典型的氢的柱密度 为1 0 2 3 到 1 0 2 4c r n ，并且对于主要的共振散射线也是光学厚的，光深在2 0 至8 0 之间。这表明电子散射和共振散射可能对于类星体的偏振有着重要的贡 献。同时偏振观测表明宽吸收线类星体是射电宁静类星体中唯一的一类连续谱 高偏振的类星体。并且发现吸收坑里的偏振度 连续谱的偏振 发射线的偏 振，同时在吸收线附近存在着偏振方位角的转动等等。这为我们提供了丰富的 信息用于研究宽吸收线区的几何以及动力学模型。本文详细介绍了作者在博士 期间在这方面所做的工作。 我们用解析的方法仔细的研究了宽吸收线区的电子散射偏振对模型的依 赖，并且使用m o n t e c a r l o 方法检验了辐射转移的效果。首先我们假设了一个 轴对称的，覆盖了赤道方向部分立体角的盘状外流模型。假设取宽吸收线区 的覆盖因子为和观测相符合的2 0 ，并且取氢的柱密度为一4 1 0 2 3 e i f l _ 2 f 在 x 射线观测所得到的范围内1 ，我们发现，电子散射能够成功的预测观测所得 到宽吸收线类星体和非宽吸收线类星体( n o n ，b a lq s o s ) 的连续谱的平均偏振 度，o 4 3 和0 9 3 。这说明，电子散射足够产生观测所需要的偏振。然而射 v ib a lq s o s 的散射偏振研究 电宁静类星体的观测偏振是一个弥散的分布，类星体的个数随着偏振度的增加 降低，需要一个分布的参数模型来解释。我们发现，如果想得到观测的偏振分 布，那么宽吸收线区产生的最大的偏振f 从赤道方向上看去，也就是宽吸收线 类星体的偏振) 的分布有一个峰值：0 3 4 。这远小于观测所得到的宽吸收线类 星体的平均偏振度。这一偏差可以用选择效应来解释：覆盖因子较大的宽吸收 线区更容易产生较大的偏振，而这样的宽吸收线类星体更容易被观测到。 我们又使用m o n t e c a r l o 方法详细的研究了共振散射用以限制b a l r s 的光 深几何以及动力学。我们采用了l e e ，b l a n d f o r d & w e s t e r n ( 1 9 9 4 ) 对于共振散 射以及光子偏振态的描述，使用s o b o l e v - m o n t ec a r l o 近似( l e e & b l a n d f o r d ， 1 9 9 7 ) 来跟踪光子。在外流几何以及动力学方面：我们考察了盘状以及漏斗状 模型，采用了m u r r a ye ta 1 ( 1 9 9 5 ) 的外流径向速度模型并且计算了外流转动速 度对于结果的影响。同利我们还考察了电子散射体和共振散射体的相对位置对 于结果的影响。与观测比较，我们发现：( 1 ) 在径向加速外流中，对于双线共 振散射在吸收坑里面能够产生达到9 的偏振，而对于单线，能够产生2 0 的 偏振。而观测中发现有一小部分宽吸收线类星体的n v 和c i v 吸收坑存在着更 高的偏振度，这需要非单调速度分布的外流模型或者电子散射的额外贡献，才 能更好的解释。f 2 1 外流引入旋转速度，能够在宽吸收线中产生偏振角度的的 转动。而只有大的张角的外流才能够产生大的偏振角度。f 3 ) 在一些宽吸收线 类星体的偏振流量中发现的子吸收坑同样需要大的张角来解释。f 4 1 对于某些 类星体，共振散射贡献了相当比重的流量给n v 发射线，甚至可能使得n v 线 变得非常的强。( 5 ) 共振散射产生的独特的偏振角度和偏振流量的不对称性， 可以用来作为宽吸收线区是否存在于非宽吸收线类星体的检验标准。 ab s t r a c t a b o u t1 0 2 0 o p t i c a l l ys e l e c t e dq s o se x h i b i tb r o a da b s o r p t i o nt r o u g h si n r e s o n a n tl i n e su pt oo 1 eb l u e w a r do ft h ec o r r e s p o n d i n ge m i s s i o nl i n e s u s u a l l y t h eb r o a da b s o r p t i o nl i n e s ( b a l ) a r ed e t e c t e do n l yi nh i g hi o n i z a t i o no n e s ， s u c ha sc i v ，n v 、s i i va n do v i ，n a m e dh i g hi o n i z e db a l ，b u t1 0 o fb a l q s o ss h o wa l s ol o wi o a i z a t i o nl i n e s ，s u c h a sm g i i ，a i l i ia n de v e nf e l i t h e b l u es h l f co ft h ea b s o r p t i o nl i n e ss u g g e s t st h a tt h e ya r ef o r m e di nap a r t i a l l y i o n i z e dw i n d ，o u t f l o w i n gf r o mt h eq u a s a r i ti sw i d e l ya c c e p t e dt h a tt h eb r o a d a b s o r p t i o nl i n er e g i o n ( b a l r ) e x i s t si nm o s t ( i fn o ta 1 1 ) q u a s a r sw i t h as m a l l c o v e r i n gf a c t o r r e c e n tw o r k ss h o w e dt h a tt h eb a l ri so p t i c a l l yt h i c kt os o f t a n de v e nm e d i u me n e r g yx r a y s ，w i t hat y p i c a lh y d r o g e nc o l u m nd e n s i t yo faf e w 1 0 2 at o 1 0 2 4c m 一，a n dt om a j o rr e s o n a n ta b s o r p t i o nl i n e s ，w i t ho p t i c a ld e p t h b e t w e e n2 0a n d8 0 t h ee l e c t r o ns c a t t e r i n ga n dr e s o n a n tl i n es c a t t e r i n gi nt h e t h i c ka b s o r b e rm i g h tc o n t r i b u t es i g n i f i c a n t l yt ot h ep o l a r i z a t i o no ft h ec o n t i u u u m a n d o rb r o a da b s o r p t i o nl i n e so fq u a s a r s o b s e r v a t i o n ss u p p o r tt h a tt h eb a l q s o sa g et h eo n l yh i g h - p o l a r i z a t i o np o p u l a t i o na m o n gt h er a d i o - q u i e tq s o s t h e r ea g em a n yp o l a r i z a t i o no b s e r v a t i o n s ) e g p o l a r i z a t i o no ft h eb a l r s l t h a to f t h ec o n t i n u u m , t h a to ft h eb r o a de m i s s i o nl i n e s ( b e l s ) a n dp o l a r i z a t i o np o s i t i o n a n g l ei sr o t a t i n ga c r o s st h eb a l sa n ds oo n t h e s ep r o v i d e sr i c hi n f o r m a t i o nt o s t u d vt h es t r u c t u r ea n dk i n e m a t i c so fb a l r i nq s o s o u rs t u d yo fp o l a r i z a t i o n o fq u a s a r sd u r i n gm yp h di si n t r o d u c e di nt h i st h e s i s + i nt h i st h e s i s ，w ep r e s e n tad e t a i l e ds t u d yo ft h ed e c t r o ns c a t t e r i n gi nt h e b a l r b ya s s u m i n ga ne q u a t o r i a la n da x i s y m m e t r i co u t f l o wm o d e l m o n t e - c a r l o b a lq s o s 的散射偏振研究 s i m u l a t i o n sa r ep e r f o r m e dt oc o r r e c tt h ee f f e c to ft h er a d i a t i v et r a n s f e r a s s u m i n g a na v e r a g ec o v e r i n gf a c t o ro f02o ft h eb a l r ，w h i c hi sc o n s i s t e n tw i t ho b s e y v a - t i o n s 、w ef i n dt h ee l e c t r o ns c a t t e r i n gi nt h eb a l rw i t hac o l u m nd e n s i t yo f 一4 1 0 2 3c m 一2c a ns u c c e s s f u l l yp r o d u c et h eo b s e r v e da v e r a g ec o n t i n u u mp o l a r i z a - t i o nf o rb o t hb a lq s o sa n dn o n - b a lq s o s t h eo b s e r v e dd i s t r i b u t i o no ft h e c o n t i n u u n lp o l a r i z a t i o no fr a d i oq u i e tq u a s a r s ( f o rb o t hb a lq s o sa n dn o n - b a l q s o s ) ，w h i c hi sd e c r e a s i n gw i t hi n c r e a s i n gp o l a r i z a t i o n ji su s e dt oc o n s t r a i nt h e d i s p e r s a ld i s t r i b u t i o no ft h eb a l r ，w ef i n dt h a t ，t om a t c ht h eo b s e r v a t i o n s ，t h e m a x i m u mc o n t i n u u mp o l a r i z a t i o np r o d u c e db yt h eb a l r ( w h i l ev i e w e de d g e - o n ) p e a k sa tp =o 3 4 ，w h i c hi sm u c hs m a l l e rt h a nt h ea v e r a g ec o n t i n u u m p o l a r i z a t i o no fb a lq s o s ( p = o 9 3 ) t h ed i s c r e p a n c yc a nb ee x p l a i n e db ya s e l e c t i o nb i a st h a tt h eb a lw i t hl a r g e rc o v e r i n gf a c t o r ，a n dt h u sp r o d u c i n gl a r g e r c o n t i n u u mp o l a r i z a t i o n ，i sm o r el i k e l yt ob ed e t e c t e d al a r g e rs a m p l eo fr a d i o q u i e tq u a s a r sw i t ha c c u r a t em e a s u r e m e n to ft h ec o n t i n u u mp o l m - i z a t i o nw i l l 百v e b e t t e rc o n s t r a i n t st ot h ed i s t r i b u t i o no ft h eb a l kp r o p e r t i e s w ea l s op r e s e n tad e t a i l e ds t u d yo ft h er e s o n a n tl i n es c a t t e r i n gp r o c e s su s - i n gm o n t e - c a r l om e t h o dt oc o n s t r a i nt h eo p t i c a ld e p t h ，t h eg e o m e t r ya n dt h e k i n e m a t i c so fb a l r f o l l o w i n gl e e ，b l a n d f o r d w e s t e r n ( 1 9 9 4 ) ，w ed e n o t et h e d e n s i t ym a t r i xt od e s c r i b et h ep o l a r i z a t i o no fp h o t o n sa n du s es o b o l e v - m o n t e c a r l oa p p r o x i m a t i o nt ot r a c et h ep h o t o n s a n dw ea s s u m ee q u a t o r i a lo rb i f u n n e l g e o m e t r yo fb a l r st oi n v e s t i g a t et h ee f f e c to ft h eg e o m e t r yt ot h eo b s e r v e dp o l a r i z a t i o no fb a l sa n dw eu s et h er a d i a lv e l o c i t yo fm u r r a ye ta 1 ( 1 9 9 5 ) t o d e s c r i b et h ef l o wa n da l s oc o n s i d e rt h er o t a t i o no ft h ef l o w w ea l s oi n v e s t i g a t e d i f f e r e n ts i z eo fe l e c t r o ns c a t t e r e rr e l a t i v et ot h eb a l r s b yc o m p a r i n go u rr e s u i t sw i t ht h eo b s e r v e dp o l a r i z e ds p e c t r ao fb a lq u a s a r s ，w ef i n d ：( 1 ) r e s o n a n t s c a t t e r i n gc a np r o d u c ep o l a r i z a t i o nu pt o9 a tt h ea b s o r p t i o nt r o u g hf o rd o u b l e t t r a n s i t i o n sa n du pt o2 0 f o rs i n g l e tt r a n s i t i o n si nr a d i a l l ya c c e l e r a t e df l o w s t o e x p l a i nt h el a r g ep o l a r i z a t i o nd e g r e ei nt h ec i v ，n va b s o r p t i o nl i n et r o u 【g h so f as m a l lf r a c t i o no fb a lq s o s ，an o n r n o n o t o n i cv e l o c i t yd i s t r i b u t i o na l o n gt h e l i n eo fs i g h to r a n da d d i t i o n a lc o n t r i b u t i o nf r o mt h ee l e c t r o ns c a t t e r i n gr e g i o ni s i x r e q u i r e d ( 2 ) t h er o t a t i o no ft h ef l o wc a nl e a dt ot h er o t a t i o no ft h ep o l a r i z a - t i o np o s i t i o na n g l e ( p a ) i nt h el i n et r o u g h l a r g ee x t e n d i n ga n g l eo fb a l ri s r e q u i r e dt op r o d u c el a r g ep ar o t a t i o ni nt h ea b s o r p t i o nt r o u g h so faf e wb a l q s o s ( 3 ) al a r g ee x t e n d i n ga n g l eo fb a l r i sr e q u i r e dt oe x p l a i nas u b - t r o u g h i nt h ep o l a r i z e df l u xt h a tw a so b s e r v e di nan u m b e ro fb a lq s o s ( 4 ) t h e r e s o n a n t s c a t t e r i n gc a nc o n t r i b u t eas i g n i f i c a n tp a r to fn v i ns o m eq s o s ，a n d m a yg i v er i s et oa n o r n a l o u ss t r o n gn vl i n e si nt h e s eq u a s a r s ( 5 ) t h ep o l a r i z e d f l u xa n dp ar o t a t i o np r o d u c e db yt h er e s o n a n ts c a t t e r i n gi nn o n - b a li su n i q u e l y a s y m m e t r i c ，w h i c hm a yb eu s e dt ot e s tt h ep r e s e n c eo fb a l r i nn o n b a lq s o s 插图 1 1a g n 统一模型示意图。左图为三维示意图，右图为沿轴向的剖 面图。取自h t t p ：w w i r ac n r i t m e e t i n g s ， ，3 1 2 b a l q s o s 和d _ o n b a l q s o s 统一模型示意图。 9 1 3 q s o s 内部连续谱偏振源物质( e l e c t r o n s ) ，b e l r s ，b a l r s 以 及连续谱中心源相对位置示意图。摘自o g l e1 9 9 7 。 1 8 2 1 本文使用的外流几何的横截面。在中间的粗线代表的是吸积盘。 中心圆圈是各向同性的连续谱发射源。灰色区域代表的是正在外 流的b a l r 。在模型a 中，外流沿着赤道方向，半张角为0 0 ， 在模型b 中，外流为漏斗状覆盖了中等的倾斜角度。0 0 ，0 t 和倾斜角i 的定义见图。 ，。， 3 0 2 2 模型a - 1 2 0 的1 v s 。图中三个曲面上散射的光子，如果沿着箭头 逃逸的话，他们的频移将是一样的。由于i v s 曲面的扭曲，因此 观测的出射光的偏振方位角会发生转动。 一 3 3 2 3 左图：单次电子散射光的偏振随着倾斜角度芦= c o s i 的变化。 散射子的几何模型为a 一1 2 。，电子散射柱密度为：= 4 1 0 2 3 c m 。解析解见方程22 8 。右图：共振单线线心频率的单次散 射光的偏振度随着倾斜角度i 的变化。空三角以及空圆圈是模拟 结果，黑方框为解析解。考虑的是纯粹的径向外流模型( a 0 - 1 2 。 a n da 0 4 0 0 1 以及小电子散射区域( s e s r ) 。三角和圆圈的b i n 尺 度分别为u m 。l = v o o 2 0 和v b i n 2 = 1 0 。模拟值和解析值的偏 差f 主要是在极向) 主要是因为b i n n i n g 效应。解析解见公式22 9 。 3 7 x v ib a lq s o s 的散射偏振研究 31 使用m o n t e c a r l o 模拟计算出来的b a lq s o s 的连续谱平均偏 振度随着不同散射电子柱密度的变化，不同的线型代表不同的模 型半张角如。图中两条横线分别是h i b a lq s o s 的平均偏振度 o 9 3 和l o b a lq s o s 的平均偏振度1 4 6 。， 3 2 辐射转移对于偏振的影响。柱密度为e = 4 1 0 2 3c m - 2h = 0 2 6 6 1 解析解只考虑了单次散射，而m o n t e - c a r l o 模拟同时考 虑了多次散射以及对于直接光的消弱。 3 3 对于模型0 0 = 1 2 0 和0 0 = 2 9 0 的q s o s 偏振分布左边的两个 是解析解，右边的是模拟结果。电子散射柱密度e = 4 1 0 2 3 c m 一2 。 3 4 假设一个轴对称的电子散射模型后再构造的p o 分布图，这里p o 是从赤道方向上看去得到的偏振度。详见正文。 4 1 速度空间下的平均整体流量，偏振度，偏振流量和p a ，对于单 线散射，模型a 1 2 。加s e s r 。t o = 5 ，1 0 ，2 0 ，4 0 。左图q = 0 ，右图 q = o2 5 。本图中所有量都对b a l q s o s 的倾斜角平均。 4 2 类似于图4 1 ，但是对模型a 2 1 2 。( a m ) 和a 4 1 2 。( 右圈) 。旋转 的外流产生了p a 旋转，并在在速度约为q ”。o 的地方产生偏振的 跳跃。 ， 4 3 速度空间下的整体流量，偏振度，偏振流量和p a ，对于单线散 射，模型b 3 3 。一2 0 0 加s e s r 。左图是i = 5 7 0 的结果，右图是 i = 7 0 。的结果。丁b 和q 标记在图中。 44 类似于图43 ，但是是模型b 一4 5 0 一3 0 0 ，倾斜角分别为i = 4 5 0 f 左 图1 和i = 6 0 。( 右图) 。 ， 4 5 速度空间下的整体流量，偏振度，偏振流量和p a ，对于单线散 射，模型a 一1 2 。加l e s r ，其位于外流的基部。左图q = 1 0 ， 标记在图中，右图t o = 1 0 ，q 标记在图中。 一 5 1 5 2 5 7 插图 4 , 6 从两个位置出射的光子所经过的路径上外流的投影速度。圆圈代 表电子散射区的外围，也就是共振散射区的内半径。1 和 。2 分别是路径1 和2 上的投影速度。明显的，沿着路径l ，只有很 窄的频率范围的光子会被散射，而沿着路径2 ，可被散射的频率 范围较宽。， 4 7 速度空间下的偏振度，偏振流量和p a ，对于w c r s ，单线跃迁 ( s i n g l e t ) 和双线散射( d o u b l e t ) 。都是大电子散射模型，左图是模 型a 4 - 1 2 0 ，右图是a 2 - 1 2 0 。t o = 2 0 无论是单线还是双线。 ， 4 , 8 速度空间下的整体流量，偏振度，偏振流量和p a ，对于单线 散射，模型b 一3 3 0 。2 0 。加l e s r 。倾斜角分别为i = 5 7 0 ( 左图) 和 i = 7 0 0 ( 右图) 。t o 和q 标记在图中。 ， 4 9 类似于图4 8 ，但是是对模型b 一4 5 3 0 0 ，倾斜角分别为i = 4 5 0 ( 左图) 和i = 6 0 0 ( 右图) 。 4 ，1 0 速度空间下的偏振度，偏振流量和p a ，对于w c r s ，单线跃迁 ( s i n g l e t ) 和双线散射( d o u b l e t ) 。模型为b 4 - 4 5 。- 3 0 。+ l e s r 。倾斜 角分别为i = 4 5 0 ( 左图) 和i = 6 0 。( 右图) ，假设t o = 1 0 4 ，1 1 类似于图41 0 ，但是对b 2 4 5 0 3 0 0 ， 4 1 2 速度空间下的整体流量，偏振度偏振流量和p a ，对于双线散 射，模型a 一1 2 0 加s e s r 。左图q = 1 0 ，标记在图中，右图 t o = 5 ，g 标记在图中。所有的量都对b a lq s o s 的视角进行了 平均。， 41 3 度空间下的整体流量，偏振度，偏振流量和p a ，对于双线散 射，模型b 一3 3 2 0 。加s e s r 。倾斜角分别为i = 5 7 0 ( 左图) 和 i = 7 0 。( 右图) 。丁0 和q 标记在图中。 ， 41 4 类似于图4 1 3 ，但是是对模型b 4 5 0 一3 0 0 ，倾斜角分别为i = 4 5 0 ( 左图) 和i = 6 0 0 ( 右图) 。 4 1 5 类似于图41 3 ，但是是对模型a 4 5 。，倾斜角分别为i = 4 5 0 ( 左 图1 和i = 9 0 0 f 右图) 。 ， 5 9 6 1 6 2 6 3 6 4 6 7 6 9 x i i b a lq s o s 的散射偏振研究 41 6 不同岛和口l 模型( 具体模型标记在图中，并全是s e s r ) 双线散 射模型的偏振流量。倾斜角i = 9 0 0 一日o ，t o = 5 。 7 2 41 7 类似图41 2 ，但是是模型l e s r 。7 4 41 8 类似图4 1 3 ，但是是模型l e s r 。+ ，7 5 41 9 类似图41 4 ，但是是模型l e s r 。7 6 42 0 两种类型入射连续谱偏振情况下的偏振流量分布：p a 。= 0 。和 p a 。= 9 0 。模型见图，光深t o = 5 。 8 1 51 模拟的在不同倾斜角度上的共振散射偏振流量。b a l r s 的模型 标记在图中，光深为7 0 = 5 。 8 4 5 2 在6 个不同的i l o n b a lq s o s 方向上的散射发射谱线轮廓( 连续 谱被归一纯1 ：t 一0 0 ，1 6 0 ，2 7 0 ，4 2 0 ，5 8 。和7 7 0 。模型参数见 图。，8 5 5 3 对于模型a 一1 2 0 ，共振发射线等值宽度和b a l 等值宽度的比值 随着倾斜角度肛= c o s i 的变化。 8 6 7 1 球h a l o 模型下，满足参数a 的子暗晕的轨道参数和空间分布。 左上与右上图是径向和切向速度的分布。左下是并合角( 定义见 71 1 的分布。右下图中，实方块是单位面积子暗晕的数密度与 口( 定义见正文) 的关系。对于各向同性的分布，d ，咖应该是一 条水平线1 。我们还绘制了各向同性分布时的累积分布曲线( 开 三角) 和模拟中所得到分布的累积分布曲线( 开圆圈) 。 1 0 0 72 三轴椭球模型中，按照参数a 选择的暗晕的轨道参数和空间方 位分布。上两图左右分别为垂直和切向速度分布。中间的左图是 并合角度的分布。右图是在面风i ，上的子暗晕的数密度n ( p ) 随着“的变化。每个图中的细线是拟合曲线，方程见7 3 和 7 6 。底左右图是轨道圆率和整体速度。 1 0 2 73 上两图是在不同“= c o s 日范围内的垂直速度和切向速度的分 布。下两图是平均速度以及平均并合角度作为肛的函数的分布。 1 0 4 插图 74 上两图为选择参数b 和c 时垂直和切向速度分布。左下图为并 合角度( 。f a l l ) 分布，右下图为是数密度吼。，( p ) 分布。 1 0 5 7 5 在曲面风。处的子暗晕数密度n 。( 芦) 分布以及最佳拟合。子暗 晕按照m ；。b “。被分为六个b i n s 。每个b i n 的质量范围和对应 的拟合参数( 拟合方程7 6 ) 见表7 2 。所有子暗晕的分布见左上 图。注意，不同p a n e l s 的垂直尺度是不一样的。 1 0 7 76 地d i n = c o s 目。分布，其中目。是自转轴和子暗晕与寄主暗晕 连线的夹角。直线表示的各向同性分布。 ，1 0 9 7 7d e l a u n a y 以及和它密切相关的v o r o n o i 的图示。介绍详见正文。 摘自s c h a a p & v a i ld ew e y g a e r tf 2 0 0 0 ) 。 ，1 1 2 7 8 左图为质量密度函数，右图为体积密度函数。具体定义详见正 文。在右图中的两条虚线是n f w 密度轮廓预言的体积密度函数。1 1 3 7 9 左图为暗晕质量函数，菱形为f o f 结果，星形为我们的结果。 点线为球塌缩模型解析解，短线线为椭球塌缩模型的解析解，实 线为f o p 的拟合结果。右图也为暗晕的质量函数，星形为所有 的暗晕，菱形为v o i d 中的暗晕的质量函数，三角是非v o i d 中的 暗晕的质量函数。提请注意的是，为了和别人结果的比较时的直 观，右图和序图的纵坐标是不一致的，具体定义见正文。 1 1 4 7 1 0 不同的p 。找出来的结构的b a ( 5 u 轴长轴) 分布比较。点线的 p 。= 1 3 0 p 6 ，短线线的p 。= 4 0 p b ，点划线线的p 。= 1 5 p b ，直线的 p 。= 9 p b 。左图是质量大于2 0 0 m o h 结构的统计结果，右图是质 量大于5 0 0 m o h 结构的统计结果。 ，1 1 5 i vb a lq s o s 的散射偏振研究 致谢 首先，我要深深的感谢我的两位导师，王挺贵教授和景益鹏研究员。我是 个喜欢思考却不擅长学习的人，科研路上时常走偏，感谢王老师和景老师用自 己渊博的知识为我指明了方向。王老师治学严谨，让我明白了科研必须脚踏实 地，厚积薄发。他对学生关怀备至，令我难忘。感谢景老师对我的关怀和教 导，从景老师那里学到了不同的科研风格，开阔了思维，让我受益非浅。 我还要感谢王俊贤教授，周宏岩博士，毛淑德教授和莫厚俊教授对我的工 作的指导和讨论。感谢大家在讨论时对我蹩脚英语的容忍，尤其感谢毛老师对 我性格的忠告。 感谢周又元、张家铝、程福臻、褚耀泉、张扬、袁业飞、孔旭、朱杏芬、 林宣滨、王春成、向守平等诸位老师。老师们的课，把我一步步指引向天文的 殿堂。还有中心的陆山老师和奚玮红老师，为我们提供了优良的科研环境。 感谢与小波的热烈讨论，和李成在m p a 的平淡岁月。感谢雪光、海峰、肖 伟科、王宇、孟大敏、卢昱、史菲、吴胜杏、张伟和纪拓在一教以及1 8 0 0 7 那 段时而寂静时而喧闹的时光。 感谢上海台的赵东海、李国亮、侯永辉、陈东尼、康熙对我的帮助。感谢 在g m c h i n g e r 时，高亮、张小玲让人羡慕的手艺，以及每顿午餐时王杰、王 岚、郭琦、范懿的笑声列那段寂寞岁月的冲洗。感谢m p a 的s i m o n 、k l a u s 和 g a b r e l l i a 对我工作上的指导。 感谢我的父母、姐姐和家庭的温馨。妈妈一针一线的付出，爸爸充满哲理 的话语，姐姐对我脾气的宽容是我难以报答的恩赐。 最后感谢我的女友程鲲，感谢你在我迷茫时的肯定，感谢你赋予我轻松与 自在。 第1 章 绪论 1 1 活动星系核与类星体 自从1 9 4 3 年s e y f e r t 发现一类特殊的星系以及1 9 6 3 年高红移的类星体 f q s o s ) 3 c 2 7 3 ( z = 01 5 8 ) 的发现以来，对于活动星系核( a c t i v eg a l a c t i cn u c l e u s a g n ) 的研究越来越多，同时由于a g n 的极高的产能效率以及强烈的宇 宙学演化效应，使得a g n 领域和高能物理，理论物理，宇宙学与星系形成等 其他领域紧密地联系在一起，成为天体物理领域最为活跃的一个分支。像天体 物理的其他领域一样，对a g n 的研究首先起源于观测，因此在这里我们首先 概要的总结一下a g n 的观测特性。一般地，a g n 具有以下全部或大部分观测 特征： 非常小的尺度：a g n 不同波段的中心能源区域的尺度是不一样的，一般 来说尺度要l p c ，但是对于某些射电源来说，其射电波段尺度可能达 到m p c 的量级。 高光度：典型s e y f e r t 星系的核的光度可与典型星系总光度相比( 1 0 “e r gs - 1 ) 而典型类星体光度是典型s e y f e r t 星系光度的百倍以上，最高可达万倍。 然而a g n 中也存在一个子类，例如l i n e r s ，其光度可能只有典型星系 的1 。 2 b a lq s o s 的散射偏振研究 宽波段连续谱辐射：从射电一直到x - r a y 甚至7 一r a y ，大多数a g n ( 不是 所有) 都有很强的辐射能力，范围远高于恒星和星系。 发射线和吸收线：光谱中存在着丰富的发射线，包括禁线和半禁线，最 大的速度展宽可达到万公里。观测上有部分源同时存在窄线和宽线，而 另一部分只有窄线。一部分a g n 中存在着本征的吸收线，吸收线宽度从 几百公里到近六万公里不等。 光变：大多数a g n 都存在着光变现象，一般来说短波的光变幅度要大。 偏振：大部分恒星本质上都是无偏振的，而大多数a g n 都是弱偏振。有 少部分源存在着明显的偏振，同时也伴随着强烈的光变。 在表11 ，中，详细罗列了不同的a c n s 子类的不同属性。其实这个表的不 同子类，并不一定代表了a g n 的真实物理区别。其中有一些也存在着争议， 例如l i n e r s ，由于其低活动性，是否应该归于a g n 依然存在争议，另外有 些研究认为极亮红外星系中心存在着a g n ，甚至认为其正在向一般的q s o s 转变f k a w a k a t ue ta l 。2 0 0 6 ) ，而这个表中却没有包括。这是因为a g n 的分类 方法主要都是基于观测现象上的不同来进行的。例如s e y f e r t 星系和q s o s 的 区别可能主要只是光度甚至是寄主星系是否可以被分辨。如果从x - r a y 观测的 角度，又可以分为x - r a y 宁静和x - r a y 噪，从紫外吸收线角度又可以分为宽吸 收线类星体f b a lq s o s l 和非宽吸线类星体( n o n - b a lq s o s ) ，而这两种分类 本身可能就存在着内在的联系。 列于s e y f e r t 星系，如果从线宽的角度来分，就可以得到i 型s e y f e r t 和 1 i 型s c y f e r t 。i 型s e y f e r t 既有宽发射线( b e l s ) 也有窄发射线( n e l s ) ，而i i 型只有n e l s ( 见表11 ) 。o s t e r b r o c k ( 1 9 7 8 ) 认为两种s e y f e r t 星系本质是一样 的，并提出光学厚的尘埃环( t o r u s l 假设。当从吸积盘方向上看过去时，尘 埃环遮挡住了尺度较小的宽发射线区( b e l r s ) ，观测到的为i i 型s e y f e r t 星 系，而当从极向看时为i 型，由于窄线区( n l r s ) 尺度要比t o r u s 要大所以 在两种视向都可以看到( 见图1 1 1 。t o r u s 假设把两类s e y f e r t 成功的统一在一 1 摘自k r o l i k1 9 9 8 ，其中宽线与窄线指的都是发射线。 第1 章绪论 3 图1 1a g n 统一模型示意图。左图为三维示意图，右图为沿轴向的剖面图。取 白1 1 t 印：w w i r a c n ri t m e e t i n g s 起，a n t o n u c c i ( 1 9 9 3 ) 在此基础上提出基于视向效应以及光度的a g n 统一模 型，把各种a g n 子类统一在射电宁静以及射电噪两类模型下。统一模型受到 了观测的强烈支持，例如一些s e y f e r ti i 和窄线射电星系的偏振流量谱中存在 隐藏的宽线f a n t o n u c c i & m i l l e r1 9 8 5 ；m i l l e r g o o d r i c h1 9 9 0 ；a n t o n l 2 c c i h u r t k i n n e y1 9 9 4 ；k i s h i m o t oe ta 1 2 0 0 1 ) ，些s e y f e r t 的o m 1 发射区呈现明显 的锥状结构( n e u g e b a u e re ta l1 9 8 0 ；s t o r e h i b e r g m a n ne ta l1 9 9 2 1 ，水脉泽的 射电观测直接证实了旋转分子环结构的存在f k l 5 c k n e re ta t 2 0 0 3 ；o r e e n h i l le t a 1 2 0 0 3 ) 以及s e y f e r ti i 星系发现存在硬x - r a y 核f a w a k ie ta l1 9 9 1 ； w a s a w ae t a l 1 9 9 7 ) 。s e y f e r t 星系的统一让人们自然而然的去寻找i i 型q s o s ( g i l l ie ta l 2 0 0 1 ；c u t r ie ta l2 0 0 1 ；h o u c ke ta l2 0 0 5 1 ，并对遮蔽物质属性进行详细的研 究( c a ) 2 0 0 5 ；w a n ge ta 1 2 0 0 5 ；d o n ge ta 1 2 0 0 5 ) 。这一课题实际上也是q s o s 与s e y f e r t 星系之间共性与异性的研究，例如光度演化模型f m i