射電類星體輻射壓的研究＊

陳永云， 張雄， 熊定榮

（云南師范大學 物理與電子信息學院，云南 昆明650500）

1 引 言

射電類星體間的射電輻射存在巨大的差異，根據這一差異可將射電類星體分為射電噪類星體（RLQs）和射電寧靜類星體（RQQs）［1－2］.一般使用射電噪度R來區(qū)分RQQs和RLQs，通常使用5GHz的光度與B波段的光度之比來計算射電噪度，即R＝Lν（6cm）／Lν（B），取 R＝10為 RQQs和RLQs的分界線，R＞10為RLQs，R＜10為RQQs.另外一種分類的標準是依據射電光度L6cm，取L6cm≈1024W·Hz－1·Sr－1為RQQs和RLQs的分界線，射電光度大于1024W·Hz－1·Sr－1是RLQs，反之是 RQQs［3－6］.Strittmatter等人［7］發(fā) 現 電 噪度R分布呈雙峰狀，Kellermann等人［8］證實了這一結論，Miller等人［9］等人對光學選類星體樣本研究發(fā)現，大多數光學選類星體是RQQs，僅僅只有10%～20%的光學選類星體是RLQs.最近，一些人研究射電選類星體發(fā)現射電噪度R分布在一個很寬的范圍，其分布呈雙峰狀的結論受到質疑［10－14］.大多數的研究發(fā)現 RLQs的射電輻射是由噴流形成的，而RQQs的射電輻射是由吸積盤形成的，其內稟因素仍然不清楚［15－16］.對于 RLQs和RQQs，許多人研究了黑洞質量與射電噪度R或射電光度之間的關系，一部分研究結果顯示它們之間有關系，而另外的一些研究結果卻顯示它們之間沒有關系［17－25］.黑洞質量通常被作為研究RLQs和RQQs的重要參量，大多數研究發(fā)現射電輻射產生的相對論電子形成了噴流，用黑洞質量來了解噴流的起源和射電類星體的性質具有重要的意義［26－34］.最近 Marconi［35］等人指出輻射壓對寬線氣體云的運動有重要影響，在進行黑洞質量估算時應考慮輻射壓的影響［36］.根據這些研究背景，我們計算了RQQs和RLQs考慮輻射壓的影響時的黑洞質量.應用一元線性回歸方法對黑洞質量、射電光學強度比、熱光度、紅移、5GHz射電光度之間的相關性進行分析，并研究了考慮輻射壓的愛丁頓吸積、Hβ發(fā)射線寬度、黑洞質量等的分布，得到一些結果和結論.

2 黑洞質量計算方法

Miller和Vestergaard研究發(fā)現寬線區(qū)半徑RBLR和5 100?光度有關系［9，32，37－40］，即RBLR：

Laor［17］用Hβ的發(fā)射線寬度計算黑洞質量，根據以下公式來計算黑洞質量：

在（1）和（2）式中It－days為光天，G為引力常數，FWHM為 Hβ發(fā)射線寬度，尺度因子f＝3［29－32］.當考慮輻射壓時，黑洞質量估算公式為［36］

3 射電類星體的黑洞質量與熱光度、射電噪度、射電光度、紅移之間的相關性分析

圖1和圖2分別是RQQs未考慮輻射壓和考慮輻射壓計算的黑洞質量與熱光度的關系圖.圖3和圖4分別是RLQs未考慮輻射壓和考慮輻射壓計算的黑洞質量與熱光度的關系圖.利用ORIGIN分析了它們的黑洞質量和熱光度之間的關系，得到如下結論：考慮輻射壓的RLQs和RQQs的黑洞質量與熱光度的相關性比沒有考慮輻射壓的黑洞質量與熱光度的相關性好；RLQs的黑洞質量與熱光度的相關性比RQQs的強（見表1）.

圖1 射電寧靜類星體未考慮輻射壓黑洞質量對熱光度的關系圖Fig.1 The correlation between black hole masses of RQQs without radiation pressure considered and bolometric luminosity

圖2 射電寧靜類星體考慮輻射壓黑洞質量 對熱光度的關系圖 Fig.2 The correlation between black hole masses of RQQs with radiation pressure considered and bolometric luminosity

圖3 射電噪類星體未考慮輻射壓黑洞質量 對熱光度的關系圖 Fig.3 The correlation between black hole masses of RLQs without radiation pressure considered and bolometric luminosity

圖4 RLQs考慮輻射壓黑洞質量 對熱光度的關系圖Fig.4 The correlation between black hole masses of RLQs with radiation pressure considered and bolometric luminosity

利用同樣的方法，分析了黑洞質量與射電噪度之間的相關性，得到：考慮輻射壓后，RQQs和RLQs的黑洞質量與射電噪度的相關性比沒有考慮輻射壓黑洞質量與射電噪度的相關性好.考慮輻射壓后，RLQs的黑洞質量與R的相關性比RQQs的強（見表1）.

取宇宙學參量 H0＝70km·s－1·Mpc－1，Ωm＝0.27，ΩΛ＝0.73［41］.我們采用射電譜指數αR＝0.5，利用5GHz流量密度計算它們的射電光度［42］，并分析了黑洞質量與射電光度之間的相關性，得到如下結果：考慮輻射壓的RQQs和RLQs的黑洞質量與射電光度的相關性比沒有考慮輻射壓黑洞質量與射電光度的相關性好；考慮輻射壓后，RLQs的黑洞質量與射電光度的相關性比RQQs的強（見表1）.

分析黑洞質量與紅移之間的相關性，得到：考慮輻射壓后，RQQs黑洞質量和紅移的相關性比RLQs的強（見表1）.

表1 利用ORIGIN分析結果Table 1 The result obtained by using ORGIN

4 輻射壓黑洞質量與Hβ發(fā)射線寬度（FWHM）的相關性

圖5是考慮輻射壓黑洞質量與沒考慮輻射壓黑洞質量的比值取對數后和發(fā)射線寬度的關系圖，圖6和圖7分別是RQQs和RLQs考慮輻射壓黑洞質量與發(fā)射線寬度的關系圖.我們可以看出在lg（Mma／M）＝0的實線附近RQQs偏離很大（如圖5），這說明輻射壓對RQQs黑洞質量有很大的影響，而對RLQs黑洞質量影響很小，表明大部分RQQs發(fā)射線比RLQs的發(fā)射線窄，其柱密度比RLQs的低.圖6可以看出RQQs的發(fā)射線寬度范圍為1 500～8 600km·s－1，而RLQs的發(fā)射線寬度范圍為1 000～14 000km·s－1.［30－31］，我們利用相關的數據計算了考慮輻射壓后的吸積率.圖8是考慮輻射壓后的愛丁頓比與射電噪度的分布，圖9和圖10分別是RQQs和RLQs未考慮輻射壓與考慮輻射壓愛丁頓比的分布.從圖8可以看出，用考慮輻射壓后的愛丁頓比與射電噪度的關系圖可以區(qū)分射電寧靜和RLQs，且RQQs和RLQs的愛丁頓比沒有超愛

圖5 考慮輻射壓的黑洞質量隨發(fā)射線寬度的分布Fig.5 The distribution of black hole masses of RQQs and RLQs with radiation pressure considered on FWHM

5 考慮輻射壓射電類星體吸積率的分布

圖6 RQQs的輻射壓黑洞質量對發(fā)射線寬度的關系圖 Fig.6 The correlation between black hole masses of RQQs with radiation pressure considered and FWHM

射電類星體的輻射效率與吸積率有關，吸積率（愛丁頓比）等于熱光度和愛丁頓光度的比值丁頓吸積.從圖9我們可以看出考慮輻射壓后RQQs的愛丁頓比的范圍為0.025～0.215，它的平均值為＜Lbol／LEdd＞＝0.11；從圖10我們可以看出考慮輻射壓后RLQs的愛丁頓比的范圍為0.04～0.85，它的平均值為＜Lbol／LEdd＞＝0.13.從圖9和圖10可以看出考慮輻射壓后射電寧靜和RLQs的愛丁頓比分布有明顯的差異性.同時由于愛丁頓比通常被用來研究類星體的演化，大多數人認為RQQs是由RLQs的演化而來的，這兩個吸積率的分布圖也很好的證明了這一觀點.

圖7 RLQs輻射壓黑洞質量對發(fā)射線寬度的關系圖Fig.7 The correlation between black hole masses of RLQs with radiation pressure considered and FWHM

圖8 考慮輻射壓的愛丁頓比隨射電噪度的分布Fig.8 The distribution of Eddington ratio of RQQs and RLQs with radiation pressure considered on radio loudnessR

圖9 RQQs考慮輻射壓和沒有考慮輻射壓的吸積率的分布Fig.9 The distribution of accretion rate of RQQs with and without radiation pressure considered

圖10 RLQs考慮輻射壓和沒有考慮輻射 壓的吸積率的分布 Fig.10 The distribution of accretion rate of RLQs with and without radiation pressure considered

6 討論和總結

RQQs和RLQs在本質上有很大的區(qū)別，造成這種區(qū)別的原因是由于取向效應還是內稟物理性質目前還在 研究中［17，43－45］.同 時由于射 電 噪 度和射電光度通常被用來區(qū)分射電寧靜和RLQs，而且射電噪度的雙峰分布物理起源也還在不清楚.Boroson和Dreen［46］通過對PG類星體樣本研究發(fā)現射電噪度的雙峰分布和黑洞質量有很強的相關性，對于黑洞質量M＞109M☉是RLQs，而黑洞質量M＜3×108M☉是RQQs.

Corbin［47］研究發(fā)現RLQs相對于RQQs有較寬的Ηβ發(fā)射線，Marconi［35］研究發(fā)現輻射壓對寬線云有影響，在估算黑洞質量時如果不考慮輻射壓則黑洞質量有可能被低估，所以提出了考慮輻射壓后黑洞質量的估算公式.Sikora等人［15］研究了愛丁頓比和射電噪度R的關系，發(fā)現RLQs有高的射電噪度和吸積率，RQQs有低的射電噪度和吸積率，這也為RLQs演化為RQQs提供了證據；HST觀測發(fā)現RLQs通常寄主在橢圓星系，RQQs通常寄主在旋渦星系；射電噪度R取決于愛丁頓比.Chiaberge［48］研究活動星系核射電噪度的起源，發(fā)現射電噪度與黑洞質量和黑洞自旋之間有關系，說明射電噪度起源可以用這兩個參量來解釋.

通過對RQQs和RLQs考慮輻射壓黑洞質量和吸積率分布研究發(fā)現，他們之間的分布不相同，表明射電噪度起源和雙峰分布可能與黑洞質量和吸積率有關.根據上面的討論，我們研究了射電類星體的射電噪度和考慮輻射壓后黑洞質量與5GHz射電光度、熱光度、紅移、射電噪度之間的相關性得到如下結論：RQQs考慮輻射壓的黑洞質量和射電噪度、5GHz射電光度、熱光度的相關性比RLQs考慮輻射壓的黑洞質量和射電噪度、5GHz射電光度、熱光度的相關性弱；考慮輻射壓后，RQQs的黑洞質量和紅移的相關性比RLQs的強；考慮輻射壓后，RQQs的黑洞質量Mma＞108M☉，而且它的吸積未超愛丁頓吸積；由于輻射壓對寬線云有影響，而大多數人認為RQQs可能來自吸積盤，這說明寬線區(qū)和吸積盤可能有關系；考慮輻射壓的RQQs和RLQs的黑洞質量和射電噪度、5GHz射電光度、熱光度的相關性比沒有考慮輻射壓黑洞質量和射電噪度、5GHz射電光度、熱光度的相關性強；考慮輻射壓后，RQQs和RLQs的黑洞質量－射電噪度分布、黑洞質量－Ηβ發(fā)射線寬度分布、射電噪度－愛丁頓比分布的不同說明輻射壓對RQQs和RLQs的不同會產生影響.

（由于文章篇幅的限制數據表沒有附在文章中，如有需要請和第一作者聯系）

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