活动星系核的紫外/光学的光变起源

Studying active galactic nuclei (AGNs) has been one of the most important research area in modern astrophysics. The UV/optical emissions of AGNs are powered by the accretion disks surrounding supermassive black holes. Although the so-called “black hole-accretion disk” scheme has been established for more than half-century, we still miss a clear understanding on the physics and observational properties of accretion disks of AGNs. The UV/optical variability is an important aspect on studying the physics of accretion disk. The relatively accepted X-ray reprocessing model is in fact seriously challenged by several observations, and there is short of a better model for this area. Based on the inhomogeneous accretion disk scenario, we have recently developed a new model which successfully explains many observational features of AGNs’ variability (Cai et al. 2016, 2018, ApJ). In this project, we plan to deep in this new model theoretically, test and constrain the model observationally, to account for the origin of UV/optical variability of AGNs and its relation to X-ray. Furthermore, complemented with a large amount of variability data provided by the upcoming time-domain astronomy, the new model will help better understanding the accretion physics of AGNs.

活动星系核（AGN）是现代天体物理研究的一个重要领域。AGN的紫外/光学波段辐射主要由大质量黑洞周围的吸积盘贡献。尽管“黑洞－吸积盘”的框架已经建立了半个世纪，我们对AGN吸积盘的物理和观测性质仍缺乏清晰的了解。紫外/光学光变是研究吸积盘物理的重要手段。被较为广泛接受的X射线照射模型实际上面临多项严峻的挑战，但这个领域缺乏更好的理论模型。基于不均匀吸积盘图像，我们最近构造了一个新的模型解释AGN的多项光变观测特征（Cai et al. 2016, 2018, ApJ）。在本项目中，我们将从理论上继续深入发展这个新模型，并从观测上检验和限制新模型，以此来理解AGN紫外/光学的光变起源及其与X射线的联系。与时域天文时代的海量光变数据相结合，发展这个新模型将有助于更好地理解AGN的吸积物理。

研究活动星系核（AGN）丰富且复杂的光变现象是探究和理解黑洞吸积物理过程的重要途径，也是当今时域天文时代诸多时域巡天项目的核心科学目标之一。AGN紫外/光学光变通常被认为是由X射线照射引起的，然而该传统光变模型面临诸多严峻挑战；目前尚未有令人满意的AGN光变物理模型。因此，基于不均匀吸积盘图像的前期研究工作，本项目计划从理论和观测两个角度研究AGN紫外/光学光变及其与X射线的关联，理论上发展完善AGN光变新模型，观测上研究AGN多波段光变性质。取得丰硕的研究成果，主要包括：1）进一步发展吸积盘热涨落模型，建立X射线与紫外/光学辐射的新联系，成功解释多个具有不同黑洞质量的AGN，从X射线至紫外/光学的光变相关性和时延等特征，尤其是X射线相对紫外的超大时延，这是传统X射线照射光变模型所不能解释的。这些结果为理解AGN的X射线和紫外/光学光变起源及其关联提供了新途径。同时，发展冕加热再辐射模型，成功解释包括光度依赖的吸积盘大小、时标依赖的变亮变蓝和结构函数等许多观测数据。2）发现AGN光学光变越大，宽发射线越强的现象，为理解AGN宽线区云团起源提供新线索；发现极端光变AGN在变亮变蓝、宽发射线等值宽度和Baldwin效应等方面均与常规光变AGN类似，表明极端光变AGN并非特殊一类AGN；发现射电燥AGN中吸积盘热涨落较小，为喷流产生提供新线索；发现不同爱丁顿光度AGN光变时，热冕X射线辐射变亮变软的程度不同，暗示其吸积盘几何结构或黏滞参数不同；发现恒星级黑洞爆发过程中内区热冕辐射和外区吸积盘辐射相互作用的全景图像。3）此外，延伸项目负责人在星系演化领域的研究，对比最新Herschel、SPT和ALMA等望远镜对高红移（亚）毫米星系的观测结果与星系自塌缩演化模型的理论预言，发现高红移亚毫米星系的恒星形成与低红移星系类似，都具有Chabrier形式的恒星初始质量函数，而且高红移亚毫米星系演化是自调节过程主导的，而非通常认为的并合过程。这些结果为理解宇宙早期高红移星系的形成与演化提供新思路。