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南极大视场巡天望远镜AST3的研制

项目名称: 南极大视场巡天望远镜AST3的研制
项目类型: 国家重点基础研究发展计划(973)
项目负责人: 周宏岩
项目成员: 顾秋生; 王挺贵; 郝蕾; 郑宪忠
项目编号: 2013CB834905
父项目编号: 2013CB834900
规划期:
立项时间: 2012-12-01
预期结束: 2017-08-01
实际结束:
金额(万元):
目录

详细描述

研究目标

   获得近邻星系大样本在g、r、i三个波段的深场图像,精确测量星系结构参数和星系晕中暗淡结构,研究近邻星系形态和演化;获得活动星系核多色精确测光监测大样本,每年4个月采样均匀连续,容量超过现有样本1个量级;获得一个统计显著的黑洞潮汐吞噬恒星事件候选者样本,首次对星系中心中等质量黑洞进行无偏袒普查。

研究内容

   射电宁静活动星系核光变是诊断吸积过程的重要手段,可以有效地限制和检验活动星系核的理论模型。但是现有的活动星系核光变特征的研究在很大程度上受限于观测时间的不均匀性,在研究活动星系核的光变特征中损失一些重要的信息。现有的活动星系核的光变特征研究多局限于长时标,例如估测活动星系核的宽发射线区的尺度(光天到光年的量级)。这种长时标大尺度上的光变研究对活动星系核中心区域的吸积过程理解提供的信息极为稀少。2012年初已经安装好的南极巡天望远镜AST3-1,在冰穹A冬季可连续不间断的观测约120-150天,采样间隔可短到几分钟,这为研究活动星系核不同时标的光变特征提供了数据保障。活动星系核光变研究内容主要包括以下四个方面:
(1)基于南极AST3测光数据活动星系核样本的建立。AST3探测到的天体绝大部分缺乏光谱数据,如何更好的通过测光数据建立AST3活动星系核的样本,估计该样本的基本参数(由测光数据得到的测光红移,由图像得到的核区星等,寄主星系形态等参数)是首要的研究内容;
(2)活动星系核的光变特征。基于已经建立的活动星系核的样本,根据AST3的测光监测数据,研究活动星系核在不同时标下(分钟到小时的短时标,以及天以上量级的长时标)的光变特征是我们的第二项研究内容。同时我们将研究如何更好的仅仅通过测光数据来预测活动星系核宽发射线区的尺度。进而研究活动星系核的光变特征和多波段特征(光学波段强度,由测光数据得到的光学波段谱型参数等)之间的关系;
(3)活动星系核基本物理性质对光变特征的影响。为了更好的理解活动星系核光变起源及其基本物理参数(如黑洞质量、吸积率等)对光变特征的影响,研究如何通过测光数据来得到这些基本参数也将是我们的一项主要研究内容。我们将申请位于智利的光学望远镜对精心挑选的小样本通过反响影射的方法决定黑洞质量等性质,并与仅根据光变性质的估计结果进行比较;
(4)AST3裸活动星系核特征的研究。AST3获得的采样均匀连续的光变曲线非常适合研究所谓裸活动星系核,即缺少宽发射线区的I型活动星系核。尽管现阶段的AST3观测数据仅仅是测光数据,但是根据AST3的测光光变曲线特征,结合6DF巡天光谱和后续光谱观测,可以建立一个裸活动星系核均匀样本。该样本有助于理解活动星系核宽发射线区是如何生长/消亡的。
射电强活动星系核或Blazer的光变监测是研究相对论性喷流及其辐射的一个重要探针。虽然Blazer的监测已经有很长的历史,但却迄今很难得到一个较大的采样均匀,覆盖从短到长很宽时标范围、测光精度高的Blazer观测样本。冰穹A独特的天文观测条件可以提供满足以上这些要求的观测样本。可以使我们得以探索前所未有的时域参数空间,有望获得创新性的结果。主要研究内容有以下4个方面:
(1)利用结构函数等方法研究各种时标上的光变幅度。这可以使结构函数的时标范围跨越4个以上的数量级,在短时标一端可以短到几分钟。这样的参数空间的结构函数在目前还很少能观测到,而AST3可以获得这样的样本数据。基于如此高质量数据的结构函数,以及它们的不同颜色之间的时延,可以用来对Blazer的喷流和辐射模型做更强的限制;
(2)短时标的均匀采样可以用来研究喷流的微光变现象(micro-variability)。一个统计显著的样本可以对微光变现象进行无偏袒的普查,并研究微光变和较长时标光变的物理关系,以对微光变的物理机制进行限制;
(3)Blazer的辐射常常伴随着剧烈的爆发现象。由于喷流的爆发是随机、不可预见的,这样的爆发仅仅在少数几个被长期监测的著名的Blazer中观测到。AST3的观测模式非常有利于在大样本中探测到喷流的爆发,大大提高喷流爆发探测的效率。这些宝贵的结果还可以用来对爆发产生进行统计完备的、无偏的普查。这将对理解喷流辐射的爆发机制有着重要的意义;
(4)AST3的宽视场监测数据将使我们发现新的光学选Blazer样本,选择的效率也会大大提高。目前Blazer样本的选取主要是射电和X射线两种方法,而这两类样本的性质截然不同。由于缺乏大视场的监测设备,光学选的Blazer数目却很少。按照Blazer序列的模型,光学选的Blazer样本的性质将介于射电和X射线选样本之间。因此,光学选Blazer样本将可以用来检验Blazer序列模型。此外,光学选样本可以发现较为罕见但有趣的射电弱Blazer。
黑洞潮汐吞噬恒星事件的搜寻和研究。恒星被星系中心黑洞潮汐撕裂、吸积过程中可产生非常强的光变耀发,黑洞潮汐吞噬恒星事件是探测宁静星系中心的有效手段,与传统的恒星/气体动力学方法相比,该方法无空间分辨率限制,适于探测和研究各种红移宁静星系中心黑洞,特别是质量较小者,可对低质量黑洞进行无偏袒普查。早期对于黑洞潮汐吞噬恒星事件的搜寻主要是基于X射线波段的多次观测,最近项目组成员的研究结果表明,利用紫外/光学波段测光/光谱观测同样可搜寻研究黑洞潮汐吞噬恒星事件,且更为有效。AST3将对数千平方度的天区在g、r、i三个波段进行均匀测光监测,每个星系1万年大约发生一次,估计AST3每年至少可探测到数十个候选者,超过已知候选者总和。利用AST3高密度均匀采样可研究其光变性质,结合南半球地基光学望远镜的后续光谱观测,以及空间X-射线观测可证实并详细研究黑洞潮汐吞噬恒星事件。研究预期目标是获得第一个统计显著的黑洞潮汐吞噬恒星事件候选者样本,第一次对星系中心中等质量黑洞进行无偏袒普查,同时研究核区的气体和尘埃分布。