喷流和盘风物理研究

Outflow is one of the most basic processes in astrophysics, which play a key role in understanding many astrophysical phenomena. Different kinds of outflows are found in black-hole (BH) systems or even other objects. For example, the relativistic well collimated jets are found in radio loud active galactic nuclei (AGNs), and disk winds are found in broad-absorption-line QSOs. In stellar mass XRBs, the continuous jets exist in low hard state, transient jets are found in intermediate state while the jets are disappeared in high-soft state but disk winds are appear. It will be very useful to study the different kinds of outflows in these BH systems in different scales together, which can further help us to understand basic physics of jet and disk wind, their possible correlation and evolution. In this project, we aim to build the basic picture for disk wind and jet, and will focus on the following three subprojects: 1) we will build a big sample of AGNs and XRBs which include different AGN types and XRBs in different states, and we study the possible similarities and differences for the outflow properties between them; 2) we will build the theoretical model for the jet and disk wind, which will help to understand the basic physics for jet/wind formation; 3) we will also plan to study the basic physics in jet itself, e.g., jet composition, jet collimation, jet dissipation and so on based on the modeling of simultaneous multiwaveband observation of blazars and some high-resolution VLBI observations on the jet of several nearby radio galaxies (e.g., M 87). Through this project, we can further to understand several fundamental issues in jet and disk wind in BH systems, which will also help us to better understand the nature of the evolution of AGNs and XRBs and also the possible issue of AGN feedback.

喷流和盘风（统称为外流）是天体物理中最重要的基本过程之一，也是理解众多高能天体物理现象的基础。目前，在不同层次黑洞天体（甚至同一黑洞天体）中观测到了不同类型的外流现象，如连续性喷流、间歇性喷流和盘风等，对这些不同层次天体以及不同类型的外流现象进行统一研究，能有效促进对盘风和喷流的形成机制、物理本质、相互关系等问题的理解。本项目将开展以下三方面的研究：1）建立不同类型活动星系核样本以及黑洞双星不同谱态数据来系统研究不同层次黑洞天体外流的异同点，从观测上探讨哪些物理量决定了喷流和盘风的形成及演化；2）从理论上研究喷流和盘风的形成和演化模型，建立更好的外流过程及演化图像；3）以喷流相关观测为基础(如blazar多波段观测和近邻射电星系的高分辨率射电观测等) 探讨喷流成分、加速机制及能量耗散过程。这些研究将会深化我们对盘风和喷流物理的认识以及促进对不同尺度黑洞天体演化本质的理解。

喷流或外流是天体物理中最重要的基本过程，是理解众多高能天体物理现象的基础。在不同层次黑洞天体中观测到了不同类型的喷流现象，对这些不同层次天体以及不同类型的外流现象进行统一研究，能有效促进对盘风和喷流的形成机制、物理本质、相互关系等问题的理解。在该项目中，我们计划研究不同尺度黑洞天体黑洞吸积和外流研究、喷流形成和演化、喷流成分、能量耗散等。我们根据预期计划开展了相关研究，取得了较好进展，主要结果如下:1)发现极亮X射线源HLX-1周期性爆发可能是由于吸积盘辐射压不稳定性导致，且其中心黑洞是几万太阳质量的中等质量黑洞。同时我们也发现恒星级黑洞GRS 1915+105、中等质量黑洞候选体HLX-1和超大质量黑洞的年轻射电源可能热光度和变化时标均与吸积盘辐射不稳定性预言相吻合。在blazar和伽马暴中，我们发现伽马射线最短光变时标-洛伦兹因子、最短光变时标-光度的相似关系，说明这两类天体中喷流存在相似性；2）我们利用亚毫米波段的新观测结果，发现M87在这个波段贡献可能来自ADAF，因此可以有效的限定吸积率，结合喷流功率的估算，我们发现M87中心黑洞应该是高速自旋的，其无量纲自旋参数a*>0.96。我们利用blazar多波段辐射和射电波段VLBI关于core-shift关于磁场分布测量结果，我们估算了blazar中伽马射线辐射区位置，平均约在2万引力半径处，即辐射区在几倍宽线区外尘埃环内部，这说明喷流加速到此处大部分磁能转变成为动能，喷流加速基本结束，喷流中的粒子动能通过激波或磁重联等方式把能量释放出去。在blazar喷流研究中，我们还发现喷流中应该含有大量正负电子对，否则喷流功率则过高。综上，我们在不同尺度黑洞吸积和外流以及喷流物理方面取得了较好进展，对理解喷流物理起到了较好的推动作用。