黑洞X射线双星低频准周期振荡现象的相关研究

During the outburst of Black Hole X-ray binary (BHXRB), the quasi-periodic signal has been detected in the short-timescale X-ray variability,which is also called Quasi-Periodic-Oscillation (QPO). Studying the QPO is one of the important tool of better understand the geometrical distribution of the matter and its accretion process, and the strong gravity effect near Black Hole. Currently, the physical origin of the QPO is still unknown. The Lense-Thirring precession due to the frame-dragging effect of the rotating black hole is one of the possible mechanism for the observed QPO. In this project, within the framework of Lense-Thirring precession, by the use of Monte-Carlo simulation, we will simulate the variability of the BHXRB, and quantitatively study: (1) the physical origin of the observed QPO phase-lag, and its dependence on both the inclination angle and QPO frequency; (2) the physical origin of the harmonic and the corresponding phase-lag, and its dependence on both the inclination angle and harmonic frequency; (3) the role of the differential precession in the observed the frequency difference between low energy and high energy.

黑洞X射线双星爆发时，在其短时标光变中常探测到准周期信号，被称为准周期振荡。研究准周期振荡现象是帮助我们研究黑洞附近流体的几何分布、吸积过程，以及黑洞强引力场效应的有效工具。当前，准周期振荡现象的物理起源仍不确定。因黑洞的参考系拖拽效应导致的Lense-Thirring precession是QPO的可能机制之一。本项目将在Lense-Thirring precession框架下，利用Monte-Carlo程序，模拟黑洞双星X射线辐射的光变，并定量地研究:（1）QPO相位延迟的物理起源及其对观测倾角和QPO频率的依赖；（2）谐频的物理起源及其相位延迟对观测倾角和谐频频率的依赖；（3）热吸积流的差分进动对不同能段之间QPO频率差异的影响。

黑洞X射线双星爆发时，在其短时标光变中常探测到准周期信号，被称为准周期振荡（QPO）。研究准周期振荡现象是帮助我们研究黑洞附近流体的几何分布、吸积过程，以及黑洞强引力场效应的有效工具。当前，准周期振荡现象的物理起源仍不确定。因黑洞的参考系拖拽效应导致的Lense-Thirring precession是QPO的可能机制之一。本项目将在Lense-Thirring precession框架下，利用Monte-Carlo程序，模拟黑洞双星X射线辐射的光变，并定量地研究:（1）QPO相位延迟的物理起源及其对观测倾角和QPO频率的依赖；（2）谐频的物理起源及其相位延迟对观测倾角和谐频频率的依赖；（3）热吸积流的差分进动对不同能段之间QPO频率差异的影响。 按照项目制定的研究方案和研究计划，在黑洞X射线双星中模拟了因为热冕的相对论性进动所导致的反射谱（包含铁荧光线谱线）的准周期光变。详细研究了反射谱与康普顿谱之间的相位延迟，以及铁线的中心能量的周期性变化。通过分析慧眼卫星观测数据，发现了黑洞X射线双星MAXI J1820+070中逃离黑洞强引力场向外高速运动的热冕，并且首次观测到冕的速度演化。研究表明，冕趋向黑洞收缩的同时，也以相对论速度向外运动，而且冕的尺度越小，速度越大。这项成果为研究冕在黑洞吸积过程中的运动学特征提供了重要依据。