【摘要】：黑洞等致密天體的輻射通常呈現(xiàn)出快速的變化,有些x射線光變表現(xiàn)出持續(xù)穩(wěn)定的近似周期性,被稱為準周期振蕩(QPO)。黑洞雙星、中等質(zhì)量黑洞和活動星系核(AGNs)都被觀測到存在QPO。由于其時標與黑洞吸積盤內(nèi)區(qū)的動力學(xué)時標相當,QPO被認為是探測黑洞附近吸積過程的有效途徑。大尺度磁場在高能天體物理中扮演了重要角色,本文在大尺度磁場提能的基礎(chǔ)上建立了黑洞雙星的3：2高頻QPO模型以及不同尺度黑洞系統(tǒng)的QPO統(tǒng)一模型,將QPO頻率的產(chǎn)生與輻射譜聯(lián)系起來。 本輪共振模型自然地解釋了3：2高頻QPO的小整數(shù)比,但是能否克服吸積流的阻尼力對其來說是嚴重的困難。黑洞與吸積盤之間的磁耦合過程將旋轉(zhuǎn)黑洞的能量和角動量轉(zhuǎn)移到吸積盤內(nèi)區(qū),克服了共振團塊在吸積流中遇到的阻尼力問題,并有利于建立QPO與譜態(tài)之間的聯(lián)系。本文第二章將共振模型和黑洞與吸積盤之間的磁耦合過程結(jié)合起來,擬合了三個黑洞雙星的3：2高頻QPO以及對應(yīng)的x射線譜形,表明3：2高頻QPO是與陡冪律態(tài)成協(xié)的。 黑洞雙星、中等質(zhì)量黑洞和AGNs在觀測上表現(xiàn)出相似性和統(tǒng)一性,本文第三章嘗試建立不同尺度黑洞系統(tǒng)的QPO統(tǒng)一模型。Kerr度規(guī)下黑洞吸積盤上的環(huán)向面電流分布會產(chǎn)生盤盤耦合的閉合大尺度磁場位形,我們考慮了磁耦合過程與盤冕系統(tǒng)的相互作用,利用盤上閉合磁力線的磁重聯(lián)分別擬合了三種不同尺度黑洞系統(tǒng)的QPO以及對應(yīng)的x射線譜形。 黑洞雙星的譜態(tài)轉(zhuǎn)變呈現(xiàn)出紛繁復(fù)雜的現(xiàn)象,本文第四章試圖用大尺度磁場位形的演化描述態(tài)轉(zhuǎn)變,其中涉及到BZ、MC、BP三種大尺度磁場的提能機制。描述盤上磁場集中程度的冪律指數(shù)n起著關(guān)鍵作用,隨著n的減小,BZ和BP過程的磁場先后消失,黑洞雙星由低硬態(tài)過渡到硬中間態(tài)再轉(zhuǎn)變到陡冪律態(tài)。我們擬合了這幾個態(tài)的主要特征,并估計了由陡冪律態(tài)向熱主導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變的時標。描述黑洞雙星態(tài)轉(zhuǎn)變的HID圖中的“噴流線”可以用a*和n參數(shù)空間中的臨界線得到很好的說明。 吸積盤上的發(fā)射線是探測盤內(nèi)區(qū)的另一個有效途徑,由于相對論效應(yīng),發(fā)射線被遠處的觀測者接收時變得很寬,鐵Kα線最為明顯。如果將QPO與鐵Kα線結(jié)合起來,則有可能對吸積盤內(nèi)區(qū)的特性作出更準確的判斷。本文第五章利用大尺度磁場的磁耦合過程討論了黑洞雙星的3：2高頻QPO與展寬的鐵Kα線之間的可能關(guān)聯(lián)。施加在吸積盤內(nèi)邊緣的外部力矩和非軸對稱大尺度磁場的螺旋不穩(wěn)定性分別在盤上產(chǎn)生內(nèi)外熱斑,雙熱斑的開普勒運動形成3：2 QPO。另一方面,由于內(nèi)邊緣力矩和大尺度磁場MC過程的作用,盤上的輻射很集中,隨著半徑的增加發(fā)射率衰減很快,由該發(fā)射率指數(shù)計算得到的鐵Kα線展寬輪廓與觀測值相吻合。
[Abstract]:The radiation of dense celestial bodies such as black holes usually changes rapidly. Some x-ray light changes show a continuous and stable approximate periodicity, which is called quasi-periodic oscillation (QPO). Black hole binaries, medium mass black holes, and active galactic nucleus (AGNs) are all observed to exist QPO. QPO is considered to be an effective way to detect accretion process near a black hole because its time scale is equivalent to the dynamic time scale in the accretion disk of a black hole. Large-scale magnetic field plays an important role in high-energy astrophysics. In this paper, the 3:2 high-frequency QPO model of black hole binaries and the unified QPO model of black hole systems with different scales are established based on the large-scale magnetic field. The generation of QPO frequency is associated with the radiation spectrum. The resonance model naturally explains the small integer ratio of 3:2 high frequency QPO, but it is very difficult to overcome the damping force of accretion flow. The magnetic coupling process between the black hole and the accretion disk transfers the energy and angular momentum of the rotating black hole to the accretion disk, which overcomes the damping force of the resonant mass in the accretion flow and facilitates the establishment of the relationship between the QPO and the spectral states. In the second chapter, by combining the resonance model with the magnetic coupling process between black hole and accretion disk, the 3:2 high frequency QPO and the corresponding X ray spectrum of three black hole binary stars are fitted. It is shown that 3:2 high frequency QPO is associated with the steep power law state. Black hole binaries, medium mass black holes and AGNs show similarity and uniformity in observation. In chapter 3, we try to establish the QPO unified model of black hole systems with different scales. Under the Kerr metric, the toroidal current distribution on the accretion disk of a black hole will produce a disk-coupled closed large-scale magnetic field configuration. The interaction between the magnetic coupling process and the coronal system is considered. The magnetic reconnection of the closed magnetic field line on the disk is used to fit the QPO and the corresponding X ray spectra of three different size black hole systems respectively. The spectral state transition of black hole binary stars presents a complicated phenomenon. In chapter 4, we try to describe the state transition with the evolution of large scale magnetic field configuration, which involves the three kinds of energy raising mechanisms of BZ,MC,BP magnetic field. The power law exponent n, which describes the degree of magnetic field concentration on the disk, plays a key role. With the decrease of n, the magnetic field of the BZ and BP processes disappears successively, and the black hole binary stars transition from the low hard state to the hard intermediate state and then to the steep power law state. We fit the main characteristics of these states and estimate the time scale of the transition from the steep power law state to the thermal dominant state. The "jet line" in the HID diagram describing the transformation of black hole binary states can be well illustrated by the critical lines in a * and n parameter spaces. The emission line on the accretion disk is another effective way to detect the inner region of the disk. Because of the relativistic effect, the emission line becomes very wide when it is received by the remote observer, and the iron K 偽 line is the most obvious. If the QPO is combined with the iron K 偽 line, it is possible to make a more accurate judgment on the characteristics of the accretion disk. In chapter 5, the possible correlation between the 3:2 high frequency QPO of black hole binary stars and the broadened iron K 偽 line is discussed by using the magnetic coupling process of the large scale magnetic field. The external torque applied on the edge of the accretion disk and the helical instability of the non-axisymmetric large-scale magnetic field produced internal and external heat spots on the disk, respectively. The Kepler motion of the double hot spots formed 3:2 QPO.. On the other hand, due to the effect of the internal edge moment and the MC process of the large-scale magnetic field, the radiation on the disk is very concentrated, and the emissivity decays rapidly with the increase of the radius. The broadening profile of the iron K 偽 line calculated from the emissivity exponent is in agreement with the observed values.
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：P145.8

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 王宇舟,金聲震;Stockes參數(shù)偏振光測量在空間天文望遠鏡中的應(yīng)用[J];測試技術(shù)學(xué)報;2003年04期

2 王宇舟,金聲震;空間太陽望遠鏡偏振光測量技術(shù)[J];光學(xué)技術(shù);2004年02期

3 吳枚,唐仕奎,馬宇倩,吳伯冰,唐仕奎,李宗偉,張朋;γ暴火球中的電子Fermi加速[J];中國科學(xué)A輯;2001年11期

4 袁峰;;黑洞吸積理論及其天體物理學(xué)應(yīng)用的近期發(fā)展(Ⅰ)[J];天文學(xué)進展;2007年02期

5 向飛,陳勇,吳枚,盧方軍,宋黎明,賈淑梅;星系團PKS0745-191中射電氣體對X射線氣體的加熱[J];天文學(xué)報;2004年02期

6 張毅波;切倫科夫自由電子激光中自發(fā)輻射與受激輻射的關(guān)系[J];物理學(xué)報;1987年10期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊樹政;黑洞輻射效應(yīng)及其相關(guān)問題研究[D];四川大學(xué);2002年

2 林一清;黑洞雙模式吸積盤的研究[D];廈門大學(xué);2004年

3 王偉華;高能Gamma-ray AGNs的射電觀測和研究[D];中國科學(xué)院研究生院（上海天文臺）;2003年

4 陳林紅;細盤與細盤/雙溫冕的結(jié)構(gòu)和出射譜研究[D];清華大學(xué);2004年

5 許云;活動星系核寬線區(qū)的研究[D];中國科學(xué)院研究生院（上海天文臺）;2006年

6 蘇成悅;伽瑪暴內(nèi)稟脈沖動力學(xué)和輻射機制[D];中國科學(xué)院研究生院（云南天文臺）;2006年

7 陸睿靜;火球多普勒效應(yīng)對伽馬暴光變曲線的影響[D];中國科學(xué)院研究生院（云南天文臺）;2006年

8 戴宏;AGN的多波段性質(zhì)與演化研究[D];中國科學(xué)院研究生院（云南天文臺）;2006年

9 吳慶文;低光度活動星系核的吸積和噴流研究[D];中國科學(xué)院研究生院（上海天文臺）;2007年

10 彭朝陽;伽瑪射線暴單脈沖光變曲線和能譜的研究[D];中國科學(xué)院研究生院（云南天文臺）;2007年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 牛強;粘滯對黑洞吸積盤的截斷的影響[D];中國科學(xué)院研究生院（云南天文臺）;2007年

2 毛基榮;Gamma暴余輝的相對論流體動力學(xué)演化和光變曲線研究[D];中國科學(xué)院云南天文臺;2001年

3 董云明;BL Lac天體的輻射機制與分類[D];中國科學(xué)院研究生院（云南天文臺）;2003年

4 龔小龍;黑洞吸積盤與活動星系核的噴流[D];華中科技大學(xué);2005年

5 韓旭輝;活動星系核光學(xué)FeⅡ發(fā)射線強度變化研究[D];河北師范大學(xué);2006年

6 郝昕;γ射線暴的時變分析：RMS與流量的關(guān)系[D];吉林大學(xué);2006年

7 郭迪福;賽弗特1型星系NGC 4151的光變研究[D];中國科學(xué)院研究生院（上海天文臺）;2006年

8 程麗紅;天體物理吸積盤問題的研究[D];南京師范大學(xué);2006年

9 巢梨花;活動星系核中黑洞與核球質(zhì)量關(guān)系研究[D];南京師范大學(xué);2006年

10 姚崢嶸;反常粘滯吸積盤的不穩(wěn)定性研究[D];南京師范大學(xué);2006年

，

本文編號：2242955