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【成才在珞珈】弘毅学堂本科生掀起“科研热”
丁远泽同学在天文学科顶刊ApJ发文揭示黑洞成长与反馈机制
发布时间:2022-06-07 15:37  作者:  来源:弘毅学堂  阅读:

 新闻网讯通讯员唐羽日前,天文学科顶尖学术期刊《天体物理期刊》(The Astrophysical Journal,简称ApJ, IF=5.874)刊发了武汉大学弘毅学堂与北京大学科维理天文与天体物理研究所合作,利用NuSTAR和XMM-Newton卫星完成的最新研究成果。

论文题目为“Accretion Disk Outflow during the X-ray Flare of the Super-Eddington Active Nucleus of I Zwicky 1”(超爱丁顿活动星系核I Zwicky 1在X射线爆发期间的吸积盘外流)。弘毅学堂2018级本科生丁远泽是第一作者,北京大学博士生李阮存是通讯作者,北京大学教授、科维理研究所所长何子山是合作者。

活动星系核反馈是天文学领域中最受学界关注的方向之一,自21世纪初星系反馈关系的发现以来,这一现象就因其与黑洞、星系演化的紧密关联而吸引了无数学者的目光。最近十年,学界普遍认为反馈关系有两种可能的产生机制,其一为黑洞射流,其二是黑洞吸积盘外流。因此,在不同的电磁波频段研究活动星系核的吸积盘以及外流,对于反馈机制的理解有重大意义;这一方法需要对光子数量按能量的分布进行拟合,研究具有不同能量的光子的多少。这能够告诉人们辐射场由哪些机制、怎样的几何结构产生,以及辐射在传到地球之前经历了哪些物质,哪些几何结构的散射、吸收、反射过程;而这些信息可以告诉我们活动星系核外流的性质以及起源。

在该研究工作中,丁远泽对第一类窄线赛佛特星系里一个具有代表性的例子“I Zwicky 1”开展了一系列详细的X射线能谱分析研究。在2020年一次XMM-Newton与NuSTAR的联合观测中,他在这一X射线源里观测到一连串X射线爆发;利用近些年最新发展的反射能谱方法,丁远泽进一步测量了黑洞冕和吸积盘最内部的关键参数,同时还成功地捕捉了黑洞冕随时间的演化;使用热康普顿连续谱模型,确认黑洞冕在爆发过程中从~200 keV快速冷却到~15 keV,这有可能是因为盘状冕内部的非热电子比例在加热过程中快速上升,因而触发了强大的对产生与对湮灭过程;这一现象支持黑洞冕具有动态结构这一结论。

同时,丁远泽在软X射线能谱发现了多个变化的具有强烈蓝移的吸收特征,这可能来自于I Zwicky 1黑洞附近发射出的高速等离子体流;这些等离子体流形成了在我们视线上高速外流的物质——所谓的电离风和超高速外流。在整个观测时间中,他发现这些外流的电离风的电离度与速度遵循幂律分布规律,这与超爱丁顿源中外流的特征相符。与射电波段对分子云的观测结果比较之后,丁远泽认为这一类电离风的动力学特征与充分冷却的动量驱动外流相符。通过这一类外流,他提出了黑洞与宿主星系的动态反馈关系,这一关系可以很好地解释I Zw 1显著低于标准数值的黑洞质量。动态反馈机制有潜力解释超大质量黑洞与星系性质的关系。动态反馈机制的存在,预示着星系内气体与外流相互作用的动力学过程在星系演化进程中非常重要。接下来,丁远泽将利用更大的样本、在更广阔的背景下,对黑洞的反馈机制进行研究。

据了解,该论文投稿15天即通过同行评审(accepted,获得第一次审稿意见的均值为35天左右),受到审稿人和编辑赞赏:“这篇论文非常有趣且具有说服力”“这是学术界理解黑洞成长与反馈机制的重要一步”。

近年来,弘毅学堂坚持举办各类跨学科交流活动,采取组织学术交流月、开设跨学科交叉课、选聘学术导师等方式,营造积极探索、追求卓越的学习氛围,推动学生走近学科前沿,开阔学术视野,提升科研能力,多名本科生以第一作者身份在自然科学领域相关高水平期刊上发表文章。丁远泽在武大本科期间一共在天文学顶刊上发表6篇学术论文,其中3篇为第一作者;除了ApJ以外,丁远泽还在英国皇家天文学会月刊(MNRAS)发表了2篇第一作者论文。

(编辑:肖珊)


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