超亮X射线源的能谱与时变相关性分析

超亮X射线源（ULXs）是中等质量黑洞的候选体，也可能是特殊的黑洞双星，在天体物理学中有重要意义，但它们的本质仍未知。如何测量超亮X射线源中致密星体的质量一直是天体物理学中的难题之一。黑洞双星的C 类低频准周期振荡（QPO）中心频率与能谱的幂率谱指数以及X射线辐射流强都具有相关性，而且这种相关性包含着黑洞的质量信息。位于M82中的X41.4+60是邻近星系中最亮的超亮X射线源之一，具有QPO现象，因此可以利用这种相关性测量其黑洞质量。由于历史上并没有符合要求的观测，本人以首席科学家身份申请并已经获得了2009年Chandra和XMM卫星对X41.4+60的三次同时观测时间，利用Chandra测量能谱参数，XMM测量QPO参数，三次重复观测验证相关性，从而确定X41.4+60中的QPO是否和恒星级质量黑洞中的C类QPO类似，并推导出黑洞的质量。这些观测的结果极可能导致中等质量黑洞的发现。

超亮X射线源是否包含中等质量黑洞是重要的天体物理问题。我们多次利用美国Chandra X射线天文台、欧洲XMM-Newton空间X射线望远镜对M82星系和NGC 247星系中的超亮X射线源进行观测，利用能谱、时变和多波段信息来限制黑洞的质量。对M82 X-1，能谱和时变性质表明它们由平常的硬态进入了热主导态，从而可以可靠地利用能谱限制其黑洞质量。对M82 X42.3+69，我们的新观测发现它表现出频率极低的准周期振荡。这些结果表明M82星系中可能蕴含两例中等质量黑洞。对NGC 247，我们利用X射线和光学的宽波段能谱排除了单温黑体辐射模型，发现吸积盘模型可以更好地解释数据。同样，这个源也很可能是一个中等质量黑洞。这些结果以若干篇论文形式发表在天体物理杂志ApJ上，关于M82的结果美国NASA还进行了专题新闻发布。