近日,国际天体物理学杂志The Astrophysical Journal在线发表了中国科学院云南天文台博士研究生钟晓谷与王建成研究员的研究成果。该研究发现,活动星系核中心超大质量黑洞附近吸积盘的辐射特征必须考虑广义相对论效应的影响,这对黑洞吸积物理的研究具有重要意义。

在活动星系核中心的超大质量黑洞附近存在一个较差自转的吸积盘,在吸积盘的上方存在一个高温等离子气体,称之为冕。从冕辐射出来的光子会照射在吸积盘上,并产生反射,无穷远观测者接收到的反射辐射和冕辐射会存在一个依赖于辐射波长的时间延迟。通过对时间延迟和波长关系的研究,发现吸积盘尺寸要比理论预言的要大,这对黑洞吸积盘理论提出了挑战。

为深入分析活动星系核中吸积盘和冕的结构,钟晓谷等人认为在黑洞附近应充分考虑强引力场带来的广义相对论效应:即光子从冕辐射出来之后,将沿着弯曲轨迹(测地线)传播到达吸积盘,相对于平直时空增加了额外的传播时间;随后吸积盘吸收冕辐射的光子能量,改变自身的温度结构,使得吸积盘的黑体辐射谱发生变化,他们理论分析了上述物理过程,并利用最新光线跟踪法(YNOG算法,由云南天文台杨晓林博士开发的黑洞测地线计算程序)计算了在无穷远处观测到的波长—延迟关系,成功解释了活动星系核NGC4151、Mrk509、NGC5548和NGC4593的多波段观测数据,研究表明吸积盘和冕的结构复杂、相互作用强,它们的辐射受到黑洞强引力场的影响。

该研究得到国家自然科学基金项目、云南省科技厅科技计划项目资助。

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