光学―紫外谱拟合黑洞质量
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摘 要：活动星系核是中心区域有大量辐射的一类特殊天体。针对活动星系核的能量来源提出了黑洞-吸积盘模型，黑洞-吸积盘模型是当前最流行的假说，认为活动星系核中心是一个大质量黑洞，外层依次为宽线区，尘埃层，窄线区。针对活动星系核的多样性提出统一模型，认为各种活动星系核本质上是一样的，只是由于视角的不同，才表现出区别。许多类星体光学/紫外连续谱存在一个大蓝包，一般认为大蓝包来自于吸积盘的热辐射，由吸积盘的物理状态所决定。因此，观测到的类星体连续谱反映了吸积盘的性质。
关键词：活动星系核；黑洞质量；吸积盘；吸积率
1 标准薄盘模型
所谓标准薄盘是指由Shakura & Sunyaev[1]，Novikov & Thorne[2]，Lynden-Bell & Pringle[3]提出并发展起来的吸积盘理论。这种吸积盘在解释观测资料方面取得巨大成功，被尊为“标准”盘。由于假定了局域热平衡，径向结构和垂直向结构实际上是分别处理的。盘的径向结构由连续性方程和角动量方程决定。要得到盘的垂直向结构，可以利用垂直向的流体静力学平衡方程和能量传输方程。分析表明，描述一个几何薄盘的方程为
由于吸积盘是光学厚的，出射辐射近似为黑体辐射。因此，辐射流为
令 ，由上式可得
的谱常称为吸积盘的特征谱。
2.1 拟合吸积盘的光谱（标准薄盘模型）
由于类星体的紫外-光学谱弥散很大，拟合并不是针对合成的连续谱，而是针对每个具体的类星体的大蓝包。利用参数的变化来拟合黑洞质量，（1）分别改变参数黑洞质量和视线与盘的法线的交角，cosi=0.1，0.25，0.5，0.75，1；黑洞质量分别为M=M109M；我们可以得到，吸积率和黑洞质量不变，随着角度的减小，流量在增大。（2）分别改变参数吸积率和视线与盘的法线的交角，黑洞质量M=108M，吸积率分别为M=M，M=10-1M；cosi=0.1，0.25，0.5，0.75，1，我们可以得到，随着角度的减小，流量在增大。（3）吸积率M=10M，cosi=1，黑洞质量分别为M=109M，M=108M，M=107M，M=106M；我们可以得到，在logv≤13.5，随着黑洞质量的减小，流量在减小；在logv≥14.5，随着黑洞质量的减小，流量在增大。（4）M=108M，cosi=1，黑洞质量分别为M=10M，M=M，M=10-1M，M=10-2M；我们可以得到，在同一频率下，随着吸积率的降低，流量在减小。
2.2 对大蓝包的拟合结果
对八个类星体的大蓝包的拟合图如下：横轴为logv，纵轴为logFv。八个类星体分别为0237-233；0844+349；0742+318；1004+130；0955+326；0958+551；1100+772；1115+080。以下图1就是对八个类星体的大蓝包拟合结果。
应用标准薄盘模型研究类星体和活动星系核的大蓝包，在大多数情况下，模型光谱能够较好地拟合观测光谱。
3 讨论
大部分类星体（AGN）中心黑洞质量的测定是由间接方法得到的，例如，由MBH～σbu1ge相关。这带来一定的不确定性。除了方法本身的误差外，还有两个重要的原因。首先，我们现在还不清楚，这些相关是否对所有类型的活动星系核都一样。另外，目前的许多方法是有小红移样本得到的，它们能否推广到大红移活动星系核？有人现已得到一批活动星系核中心黑洞的质量。结果表明，Seyfert星系的黑洞质量在107～108M；类星体的黑洞质量在108～109M。本文利用光学-紫外谱拟合活动星系核中心黑洞的质量，得到的结果大概在106M，与别人利用别的方法得到的活动星系核中心黑洞的质量有差异，但是活动星系核中心黑洞的质量的范围是106～109M。而我们所得到得结果正好在这个范围内。得到的结果为黑洞质量的下限，在拟合过程中可能与参数的调节有很大关系。我们给出利用reverberation mapping方法得到的黑洞质量，如下：
把以上两个表进行比较，可以看出，本文用光学-紫外谱拟合活动星系核中心黑洞的质量的方法，得到的黑洞质量偏小，可能因为拟合时调整的参数比较多，带来了很大误差。但是总体来说，拟合的效果很好，只是得到的结果误差可能比较大，所以这个方法的缺点就是参数太多，导致结果的不确定性。
[参考文献]
[1]Shakura N I，Sunyaev R A.Black holes in binary systems. Observational appearance.1973，A&A，24：337.
[2]Novikov I D，Thorne K S.，1973，p.343.
[3]Lynden-Bell D，Pringle J E.The evolution of viscous discs and the origin of the nebular variables.1974，MNRAS，168：603.
作者简介：董宏伟（1983-），男，助教，山西柳林人，主要从事理论物理研究。