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自六十年代发现类星体以来,活动星系核(AGN)一直是天文学和天体物理学中重要的研究对象。在观测到许多种活动星系核以后,人们尝试着用统一的物理机制来解释这些现象。Antonucci& Miller于1985年提出了统一模型,认为不同种类的活动星系核有着相似的结构,本质上是相同的,它们之所以表现为不同类型主要是因为对观测者的视角不同。统一模型的提出是对一系列观测现象的总结、综合和提高。它以取向为基本参数,图像简单,概念清晰,抓住了现象的本质,得到许多观测证据的支持。但是,随着研究的进一步深入,人们发现越来越多的新观测现象用经典的统一模型已不能给出令人满意的解释。统一模型面临着挑战,同时也面临着机遇。我们认为当前观测与模型之间的矛盾主要是因为经典的统一模型没有将演化考虑在内,活动星系核的演化和统一模型相结合已是必然的发展趋势。本文的工作正是在统一模型的基础上,围绕着活动星系核的演化展开的。具体安排如下:
在第一章中,我们简要介绍丁活动星系核的基本性质。首先是基本观测特征、分类、辐射(包括连续谱和发射线),然后是活动星系核的基本结构,最后是活动星系核统一模型,包括它的发展历史、内容、成就和面临的问题。
第二章,我们总结了几种主要的尘埃环的结构和辐射模型,有团块模型(clumpy torus model)、致密模型(compact toms model)、延展模型(extendedtorus model)等,此外还介绍了与上述模型有显著不同的吸积盘风模型(diskwind model),讨论了团块模型中云块碰撞可能导致的观测效应-射电辐射和GeVγ-ray辐射。内容重点在模型的基本原理和计算结果,也简单给出了观测对模型的检验。
第三章,研究了尘埃环结构(覆盖因子)的演化问题。强统一模型认为AGN的差异只来自倾角,因此两类AGN(typeⅠ,typeⅡ)的所占比例仅取决于尘埃环的覆盖因子,不应随红移和光度改变。然而Chandra和HST(HubbleSpace Telescope)巡天表明typeⅡ的AGN所占比例随2-10 keV X射线光度的增高而下降,我们认为这是尘埃环结构(覆盖因子)存在演化的重要证据。我们以50个射电宁静的PG类星体为样本,从连续谱中得到覆盖因子,发现它的确也随2-10 keV的X射线光度下降,与巡天结果一致,证实了我们的猜想。尘埃环覆盖因子的减小是其向黑洞提供吸积物质的合理结果。我们发现覆盖因子的演化还可解释AGN连续谱上在大蓝包和红外鼓包之间的极小值(dip)频率的移动,这对于理解尘埃环内边缘和宽线区以至吸积盘的关系可能提供新的线索。
在第四章中,我们研究非隐藏宽线区的Seyfert2与AGN统一模型的关系。统一模型的重要依据是发现S2有偏振的宽发射线(Polarized Broad Lines,FWHM>2000 km s-1),所以认为S2中有隐藏的宽线区(Hidden-Broad Line Rigion)。但是,越来越多的证据表明有些S2没有隐藏的宽线区,所以探测不到偏振的宽发射线,称之为非隐藏宽线区的S2(non-HBLR S2)。有人提出它们应该单独的归为一个S2的子类,不能包含在统一模型之内。我们认为对X波段有吸收(NH≥1022cm-2)的non-HBLR S2可能是窄线Serfert1(NLS1)的较大倾角对应体,它们因吸积率高而只有“较窄”的宽线区(FWHM<2000 km s-1)。那些对X波段没有吸收(NH<1022cm-2)的non-HBLR S2可能是Seyfert星系的演化末态,吸积率过低而宽线区不能形成。我们选取红移z≤0.05的non-HBLR S2(有吸收的)和NLS1为样本,计算了它们的黑洞质量、[OⅢ]λ5007发射线光度、吸积率、红外流量比f60μm/f25μm(做为可能的尘埃环方向指示器)、5GHz射电光度、60μm和100μm远红外光度。我们发现除f60μm/f25μm的分布明显不同,其它的物理参量都有类似分布,表明有吸收的non-HBLR S2和NLS1本质上是同一类天体而尘埃环对观测者的取向不同,有吸收的non-HBLR S2可以包含在含有演化的统一模型之内。non-HBLR S2与HBLR S2可能是不同的演化阶段。我们最后讨论了电子散射屏(ESS)的起源、性质(如光深、位置)等问题。
第五章总结了本文的主要结果并对未来的工作进行了展望。
作为本文的主要结论,我们认为AGN的演化效应在解释一些观测现象中已扮演或将扮演越来越重要的角色,只有将AGN统一模型和演化相结合才能更好地解释现存地观测现象。