低光度活动星系核的辐射反馈

观测上给出的巨型黑洞与其宿主星系之间的共同演化关系让人们意识到活动星系核反馈对于整个星系形成和演化的重要性。高光度活动星系核（如接近Eddington光度的类星体）的辐射反馈的重要性是直接明了的，但人们往往忽视（或低估）了低光度活动星系核的情况。这是因为辐射反馈效应不仅取决于光度也与辐射场加热星系介质的效率密切相关，而后者取决于辐射场的光谱型。举例来说，康普顿加热是辐射反馈的一个重要机制，它加热星系介质的效应大致正比于辐射场的强度和其等效的康普顿温度。典型类星体辐射场的等效康普顿大约为～10^7K，而低光度活动星系核辐射场的等效康普顿温度可以达到～10^9K。因此，尽管光度低但低光度活动星系核的辐射反馈也是不容忽视的。本项目将在椭圆星系的背景下运用数值模拟的方法系统、定量地研究不同光度、不同谱型（对应于不同的中心黑洞吸积模式）的活动星系核辐射反馈效应及其对星系演化的影响。

基于二维流体动力学数值模拟的方法，我们研究了在一个孤立的椭圆星系中活动星系核（AGN）反馈效应对整个星系演化的影响。我们同时计算了辐射和外流的反馈效应，并考虑了星系尺度上一些相关的重要物理过程，如超新星爆发、星风物质抛射和恒星形成过程等。在这项工作中，我们特别专注于活动星系核辐射场的等效康普顿温度随吸积光度变化这一现象，及其对辐射反馈效应的影响，这在前人的工作中从未被研究过。我们通过仔细地设定计算区域的内边界以使得我们的数值模拟能够直接分辨Bondi半径。因此，在我们的数值模型中，黑洞吸积率的评估较为可靠，这一点对于定量计算活动星系核反馈效应至关重要。参照前人的工作，我们对比研究了两类模型：在第一类模型中活动星系核外流的机械效率是固定的（称为A模型）；而在第二类模型中外流的机械效率随着AGN光度的减小而降低（称为B模型），这与辐射压驱动外流的理论预计是大体上一致的。可见，相对而言B模型比A模型更接近于现实的情况。但实际应用到计算活动星系核反馈效应时，以往的工作却表明B模型存在着一些较为严重的系统性问题，如黑洞质量增长过大，得到的星系核活动性（AGN duty cycle）与观测给出的数值也不一致。与以往的研究工作相比，我们当前工作的一个主要改进是我们允许AGN辐射场的等效康普顿温度随着AGN光度的变化而取不同的值。这样的设定是基于这样一个观察事实，即低光度活动星系核（LLAGNs）的光谱比类星体的更“硬”。在光度相当的情况下，“硬”的光谱意味着更强的辐射反馈。我们的数值模拟表明，当考虑到这一现象后黑洞的吸积过程被进一步抑制住了，但吸积率的相对涨落幅度却变得更大了。同时我们发现，B模型中黑洞的质量增长和AGN的活动性现在都能被限制在一个合理的范围内。从更一般的意义上说，我们的研究表明，低光度活动星系核的辐射反馈比以往认为的要重要的多，在未来的研究工作中我们必须对其加以认真的考虑。