耀变体光变与偏振特性观测研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 辛玉新
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| 答辩日期 | 2022-07-01 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 白金明 |
| 关键词 | 活动星系核 耀变体 偏振测量 窄线塞弗特星系 |
| 学位专业 | 天体物理 |
| 其他题名 | Optical variability and polarization characteristics of Blazars |
| 英文摘要 | 耀变体（blazar）是一类性质奇特的活动星系核（AGN），剧烈光变和高偏振是其定义特征。耀变体都是射电噪活动星系核，其连续谱辐射以非热辐射为主，都具有射电喷流，并且喷流具有视超光速运动。这些观测特征通常采用相对论喷流模型来解释，即喷流运动速度是相对论性的，并且运动方向与我们观测者视线方向的夹角小,从而产生多普勒放大效应。耀变体是研究宇宙中非热辐射机制，喷流产生、加速与准直等天体物理基本问题的理想天体。光变和偏振特性的观测研究是解决这些基本问题的重要途径，同时也一直是耀变体研究的重要内容。本论文针对耀变体的光变与偏振特性开展观测研究，主要创新成果如下：（1）偏振测量是研究 AGN 喷流磁场结构和同步辐射机制的重要手段, 但我国一直没有可以开展光学偏振测量的相关科学仪器。针对这一现状，我们系统调研了世界上多个著名通用光学望远镜配备的偏振测量仪器, 根据它们的优缺点和发展现状，结合丽江 2.4 米望远镜及其卡焦科学仪器 YFOSC(云南暗弱天体光谱成像仪) 的自身特点，我们研制了两套偏振测量系统：单光束调制模式的线偏振仪器 YFPOL 和基于双沃拉斯顿棱镜(WeDoWo) 的同步偏振仪器。虽然 YFPOL是一套基于偏振片旋转调制的传统偏振计，但我们首次实现了该偏振调制系统在超薄尺寸 (总厚度小于 12mm) 上高精度 (定位精度优于 0.01 度) 的双无线控制(无线供电和无线控制)，同时采用了超高消光比（1,000,000:1）偏振片，从而保证了 YFPOL 的优异性能。另外我们还详细分析了 YFPOL 全视场 (7′ × 7′) 内的仪器偏振特征，设计了大幅降低仪器偏振误差的数据处理方案，并基于该方案开发了数据处理软件。通过对多颗偏振标准星的定标观测，得到了 YFPOL 的偏振度测量误差（<0.8%）和偏振角修正值 (2.6∘)。YFPOL 的成功研制，为开展耀变体及其他天体的偏振观测研究奠定了坚实基础。另外，我们还根据 2m4 和 YFOSC的光学系统参数研制并实现了基于 WeDoWo 的同步偏振计，通过一次曝光就可完成线偏振测量。但是由于 YFOSC 本身的光学系统限制，暂时还无法使用该仪器开展常规的偏振观测，详见章节4.4.3。同步偏振调制是未来高精度偏振测量仪器的发展方向，我们正计划研制双同步 (同步偏振调制和多色同步)、高时间分辨率 (冻结大气曝光) 的下一代高精度偏振仪器。（2）我们使用 YFPOL 分别对耀变体 S5 0716+714 和 PKS 0735+178 开展了多波段偏振监测工作。S5 0716+714 是一个被广泛观测和研究的蝎虎天体，但是关于该目标的偏振特性研究仍然较少。我们对该目标进行了长时间（106 天）的双波段（ 波段和 波段）偏振监测，通过 YFPOL 的偏振观测结果，总结其偏振特性如下：S5 0716+714 长期处于高偏振 (>6%) 状态，且偏振度在不断变化，并伴随有短期的低偏振状态（10 天内偏振度<3.5%）。发现了其偏振角的长期旋转现象和短期的大幅摆动>100∘) 现象。我们的观测结果与 Marscher 等人提出的喷流中极多湍流单元 (TEMZ) 模型预测的结果一致。另外，我们还观测了IceCube-211208A 预警的中微子成协耀变体目标 PKS 0735+178, 结果显示该目标在光学流量上存在显著的变暗过程 (SDSS 波段下降了一个星等)，但是偏振度却具有明显的上升过程 (SDSS 波段的偏振度从 4.7% 上升至 13.6%)，偏振角呈现小幅摆动现象 (变化幅度 < 20∘)。同时，我们还对比了两个目标测光光度与偏振光度的变化曲线，发现二者存在高度一致性，这说明在偏振采样周期内目标光度比较稳定，也间接说明了偏振数据的可靠性。（3）我们使用 YFOSC 对 -ray 窄线塞弗特 1 星系 PMN J0948+0022 进行了长期的多色测光和光谱观测。通过对光变数据的 检验和 ANOVA 方差分析，我们在两个观测夜中探测到 波段的日间光变（IDV）现象，光变占空比为 29%,光变幅度大于 12.9%，说明该目标辐射中包含相对论性喷流的成分，与耀变体的观测特征一致。另外，我们还发现该目标在不同时间尺度上均存在变亮变红(RWB)的颜色变化趋势，而当目标亮于 = 17.5mag 时，该特征消失，说明此时喷流非热辐射成分与吸积盘的热辐射成分对目标光度的贡献相同，即各占 50%。在光谱数据处理时，我们利用光谱观测时的 波段星等与拐点星等 ( = 17.5mag) 之间的比值，有效的扣除了喷流对单波长光度的影响，进而得到了吸积盘在 5100Å处的有效光度 5100。然后利用 R-L 关系和维里方程得到了黑洞质量 • = 1.61 × 107 ⊙，进而得到了吸积率ℳ = 93，确认了 PMN J0948+0022 是一个超爱丁顿吸积的 AGN。 |
| 学科主题 | 天文学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 0 |
| 源URL | [http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/25796]  |
| 专题 | 云南天文台_丽江天文观测站（南方基地） |
| 作者单位 | 中国科学院云南天文台 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 辛玉新. 耀变体光变与偏振特性观测研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：云南天文台
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