吸积超大质量黑洞 (AGN) 中的外流

王 挺 贵中国科学技术大学天文和应用物理

系

外流很普遍QSO 蓝移的宽吸收共振线，速度可高达 0.2c

高电离宽吸收线 QSO PG0946 (Arav et al. 2001)

FeII 低电离吸收线 (Hall et al. 2002)

本征窄吸收线， 50% Seyfert 星系和 >30% QSOs 与宽吸收线类似现象？ (Arav et al. 2002)

50% Seyfert 星系X 射线电离物质吸收 : 高分辨谱观测给出 X 射线吸收线结构和紫外线相似，但总的柱密度要求高出很多。

紫外吸收线饱和？

NGC 3783

Kaspi et al. 2003

高电离发射线系统蓝移 , 在 NLS1 和高红移类星体中常见 .

100pc 尺度 : NLR

NGC 1068, 1”=70pc, Groves et al. 2004

感兴趣的其他理由外流的反馈效应星系形成、黑洞吸积 (Silk

& Rees 1998;Springel et al. 2005)

外流是吸积盘的风 , 对吸积流结构本身产生影响

理解 AGN 其他部分，吸收物质也可能是发射线区

研究 AGN 中元素丰度，与发射线过程互补 观测上看重不重要 ?

1. 宽吸收线类星体

从观测上 :

物质外流速率 动能或者动量外流 (feed-back)

在什么半径上产生 , AD?

对角动量转移重要 ?

类星体中的比例

LBQS 光学极限星等选的样本中 12%, 其中 10% LoBAL (Weymann et al. 1991)

争议 : 红化修正重要 30% 各向异性连续谱 30%(Krolik )

SDSS 15-20% 包括红化修正 (Reichard et al. 2004)

LoBAL 的比例 ?

宽吸收线类星体都是射电弱的 ?

FIRST 巡天发现第一个 RL BAL QSO (Brotherton et al. 1998)

FBQS 发现近 20 个 RL QSOs, 比例与在光学选的类星体类似 (Becker et al. 2001).

怎样看比例• 所有的类星体都有 BAL 区 , 只是视角不同 . 总体的平

均覆盖因子• 只是 15% 类星体有宽吸收线区 , 特殊演化阶段或者特

殊的环境怎么区分二类 ?

共振散射线 (Korista et al. 1996), 但与速度场、几何有关 偏振：非球对称， 但除此之外很少考虑限制 与其他性质的相关性： LoBAL –IRAS 红外选比例高 (Boroson & Meyer 1992, Wi

llote et al. 2004)

BAL QSOs 高吸积率 (Boroson 2002)

射电谱平谱和陡谱，不是特别的倾角 （ Becker et al. 2001, Jiang & Wang 2003)

星族年龄（ Canalizo & Stockton 2000)

外流的性质方法 : 紫外吸收线的特征离子的柱密度

典型值 1019-21cm-2. 只是上限 , 视线方向上部分覆盖 , 饱和， 实际可能大得多 , 证据 :

不同的 BAL QSOs ， CIV 线轮廓差不多 丰度很不同的吸收线轮廓相似， P/C<500, 而半数 BA

L QSO PV1118/1128 测量到宽吸收线非常饱和（ Arav

et al 2001, de Kool et al. 2003, Haimann et al. 1998)

X- 射线吸收，柱密度 1022-24 cm-2, 典型 1023 （ Green et al. 2002, Brinkmann et al. 1999, Gallagher et al. 2002,2004) .

X 射线部分覆盖很普遍 (Wang et al. 1999,Green et al. 2001, Grupe

et al. 2003). X 射线的没吸收的部分与紫外的相近， UV和 X- 射线部分覆盖？

X 射线与紫外吸收完全不同的成分或者相同？ 吸收软 X 射线 (0.2-0.4keV) 部分的物质电离程度与产

生紫外吸收线物质相同， 吸收边光深大 主要紫外的吸收线离子的柱密度 >1018.5cm-2 紫外吸收物质的柱密度 1022-23 cm-2 (Wang et al. 2000)

XMM/Chandra 的惊奇发现相对论性的 X-ray BAL,FeXXV,FeXXVI 现象， 0.2-0.4c ？

柱密度 >1023.5cm-2 Chatas et al. 2003 ， 2004

X-ray Shielding gas

1

1.0/

41

466

10103.1

cvCIV

CIVpc

XrfLU

除非 f 非常小， 电离度非常高。平滑的吸收线轮廓， Nc>104 二相模型。热相介质加速问题？

• One solution: Shielding gas model

Murray & Chiang 1996

MHD winds(Everett 2004)

二类模型都需要 ?

辐射加速 ?

几种作用的相对重要性 共振散射：低柱密度 , 低电离度 (chelouche & Netzer 2003)

光电吸收：中等柱密度，低电离度 电子散射：高柱密度或者高电离度（ Sim 2004;Everett 200

4)

高柱密度、高电离度气体外流，要求高吸积率！

高速外流产生于内区。 X- 射线 BAL 产生于高吸积率天体，很靠近黑洞。

质量和动能外流紫外吸收物质柱密度 1022-23 cm-2, 平均的覆盖因

子 0.15, 半径大于宽发射线区

典型几个太阳 / 年的外流速率 . 与中心黑洞的吸积率相当 . 在 X 射线波段 , 一般从拟合光谱给出另一种电离参数 :

高电离吸收物质 , 物质外流速率与紫外相似 .

外流动能：

pcLRBLR 461.0

yrMvR

RNCvRnmM Hw /6.14 4

1.0

21.0

2315.02

yrMvLCCvmM xxL

Hwx /)10/(8 4

545,15.0

nR

Lxx 24

EddK LvML 01.0~2/1 2

复杂情况一般测量到多种离子的柱密度和速度分布 , 从光致电离

模型和动力学模型结合拟合 , 非常复杂 , 还有另外的不确定性 .

外流极端超声速的 , 很容易不稳定 , 数值模拟结果证实存在 (Proga et al. 2003)

外流带走角动量 ?从吸积盘上出来的气体一定带角动量 , 如磁化盘 , 可以转移角

动量 , 观测上有证据 :

轴对称的外流共振散射 , 如果流不带角动量 , 没有偏振角度的转动 , 但外流带角动量 , 偏振角旋转 . Monte-Carlo 模拟 , 发现对双线和单线散射 , 在外流较大张角和角动量较大可以很好与观测一致 (Wang HY et al.)

不同的 QSO BALR 的差别很大 ?

连续谱的偏振可以由吸收线区给出 . 对特定的轴对称分布散射物质 , 偏振随角度变化近似 :

p0 是在赤道面上观测到的偏振 (最大 )

对于各种可能的分布 f(p0), 偏振分布

由观测到分布 , 重构出 f(p0).

Equatorial outflow

• 大部分的 QSO 的 BALR 覆盖因子 / 柱密度都很小 , 但有小部分覆盖因子 / 柱密度大 BAL QSO 的覆盖因子比平均值大

• 其他方面的研究 但…光变 电 离态的变化 , 复合时标 , 密度 尺度 BALQSO 观测到数目很少， ne>103 在 PG 2112+059 中， X- 射线吸收柱密度变化７倍而紫外

吸收线没变严重饱和 ? 理解为不同成分的证据 , 不足 .

引力透镜研究：不同视线，速度结构相同 加速云模型有问题，局部各向同性 (Chelouche 2003)

　典型的角尺度在角秒，结构的尺度应大 1013（ r/pc ） cm但是 ,UM425 的 X 射线观测 A,B 二成分 , 吸收线谱非常相

似，但 X 射线柱密度相差１０倍 (Aldcroft & Green 2003), 作者认为是 X射线和 UV吸收区不同。

这可能表明 BAL 很饱和

2 、窄吸收线高、低光度天体都有 , 50%

Seyfert, 20-30% QSOs (Crenshaw et al. 2003）

紫外吸收线经常饱和、部分覆盖 , 经常是多重（ Arav et al. 2003) 与宽吸收线的关系

X 射线的总柱密度（吸收边），典型 1022 cm-2 。

NGC 4051,kaspi et al. 2004

• 高电离线（ Kaspi et al. 2003; NGC 3783)

OVII 与 NeX 速度不同，UV 线与 OVII 相同，高电离吸收物质多重需要更细致的辐射与动力学模型 .

低电离度气体外流速度大 NGC3783(Kaspi et al. 2003), NGC5548(Kaastra et al. 2001) ：辐射加速效应， 云团 ?

NGC3783, 质量损失率 0.01-0.1 M/yr 与吸积率相似。 风产生于 1pc, v=500-600km/s

其他 AGN 的结果类似 。NAL 与 NLR 相关 (Crenshaw et al. 2005), 观测

到云团 ?

sergLL EddK /1010 403954

总结

现有观测表明质量外流和黑洞吸积率相近 , 但需要更好确定外流质量损失速率等重要参数 :确定测量软 X射线吸收物质的外流速度以及光变研究将非常重要。

宽吸收线类星体中 , 动能的外流近似 1%, 在低光度的 AGN 中效率更低 .

高柱密度气体的加速问题，辐射加速效率低，其他加速机制 ;

外流物质的起源，吸积盘 /其他核外流与星系尺度的外流的关系？星系中化学混合作用？是否与角动量转移有关？ 30m 光学望远镜