以星际介质或星风为原料的吸积流研究

In contrast to the accretion of Roche Lobe overflow in black hole X-ray binaries (BHXRBs), we propose a new accretion picture, that is, the gas supply for the accretion is from interstellar medium in active galactic nuclei (AGN) or stellar wind in Cygnus X-1 . Such gas, when it is gravationally captured by a black hole, it tends to form a geometrically thick accretion flow rather than a thin disk in BHXRBs. We investigate how such an accretion flow envolves when it flows to the neighbourhood of the black hole. Our preliminary study showed that the accretion flow can be a two-phase flow with optically thick disk and optically thin corona if the gas suppy rate is sufficiently high. Detailed investigation of such a flow is proposed in this project. Our aim is to interpret the broad band spectra from optical, UV to hard X-ray in AGN and Cygnus X-1. Spectral state changes in AGN can also be predicted by the new model. The model may solve the problem of corona heating and hot gas feeding in luminous AGN.

本项目抛开传统的黑洞双星洛希瓣气体的吸积图像，根据活动星系核的吸积环境和Cygnus X-1等黑洞双星的星风吸积的特点，研究以星际介质或星风为原料的吸积过程，探索黑洞吸积的多样性。目的是诠释活动星系核的光学紫外和X射线辐射谱特征及其光谱形随爱丁顿比的演化，探寻活动星系核各子类不同的观测特征背后的内在物理联系，试图解决活动星系核中一直以来存在的冕气体的加热和持续供给的问题。模型拓展到黑洞双星，解释Cygnus X-1等吸积星风的双星有别于低质量黑洞双星的观测特征。并利用新的卫星数据，如NuSTAR，ASTRO-H以及我国自主研制的HXMT望远镜，结合我们的理论模型探索黑洞系统中心引擎的物理本质。

本项目根据活动星系核的吸积环境和Cygnus X-1等黑洞双星的星风吸积的特点，研究以星际介质或星风为原料的吸积过程，有别于传统的洛希瓣物质流的吸积。我们从基本物理和观测数据两方面推进，从理论上建立、完善、并发展物理模型，同时利用最新的观测数据限制、修正理论模型，从而达到解释观测现象、认识天体的物理本质的目的。项目的主要研究成果包括：对于以Cyg X-1为代表的黑洞双星，初步建立了恒星风的吸积模型，并利用诸如MAXI卫星等观测数据，详细研究了光谱的形成和发生光谱态变换的物理机制、HID的成因，为进一步探索不同于暂现源的高质量黑洞双星的吸积奠定了基础；对于活动星系核，从理论上详细研究了以星际介质为原料的吸积流如何形成多相吸积，系统地研究了吸积流的几何、吸积盘与冕的相对强弱、光谱的多样性以及对吸积环境的依赖，特别是可观测量与吸积率、黑洞质量、磁场、粘滞等因素的关系，诠释活动星系核的光学紫外和X射线辐射谱特征及其光谱形随爱丁顿比的演化，X-ray射线辐射的致密性、硬X射线谱指数与反射因子的关系等一系列观测现象，在一定程度上解决了活动星系核存在的冕气体的加热和持续供给问题。