天文权威期刊ApJL刊登我院研究生第一作者论文：星盘碰撞模型驱动的类星体准周期X射线爆发现象研究
2021 年 11 月，我院 2019 级研究生冼竞滔在导师张福鹏副教授的指导下，以第一作者在《 The Astrophysical Journal Letters 》（ IF 因子： 7.413 ）上发表题为《 X-ray Quasi-periodic Eruptions driven by Star-Disc Collisions : Application to GSN069 and Probing the Spin of Massive Black Holes 》的研究论文。
在2019年9月，G.Miniutti等人在Nature上发表关于星系GSN069的中心区域发现一种新的异常X射线准周期爆发(quasi-periodic eruptions)现象。在这些爆发期间，约每9个小时产生一个持续约1小时的X射线爆发，其最高光度可达5x1042erg/s，这些爆发的形成原因到目前为止仍然未有定论。
图1伴星与中心黑洞吸积盘碰撞模型卡通示意图，左图为牛顿引力下的情况，右两图分别为假设中心黑洞是史瓦西黑洞和克尔黑洞的情况
为了解释观测现象，论文作者研究了一颗类似恒星核的天体与中心黑洞吸积盘碰撞模型(星盘碰撞模型)如图1。作者首先利用数值模拟建立模型对星盘碰撞这个过程进行模拟，并使用马尔科夫链蒙特卡洛模拟方法（MCMC方法）对观测到的X射线光子的到达地球时间进行拟合，结果发现可以拟合得很好。而在最近，天文学家从发射线中观察到GSN069的中心富含氮而碳缺乏的环境。这意味着GSN069曾经可能发生过潮汐撕裂事件。结合这一观测现象，作者认为这些准周期爆发可能是由于红巨星被部分潮汐撕裂后留下的核与黑洞吸积盘发生准周期性碰撞而产生的。
同时，作者还利用星盘碰撞模型对中心黑洞的参数限制进行研究。当伴星非常靠近黑洞时，伴星受黑洞的强引力场影响会发生史瓦西尔进动，轨道升交点进动和光线的偏折，这样会造成碰撞后产生的光子到达地球的时间与在牛顿时空下的传播时间有所不同。作者利用这种时间上的偏移对黑洞参数进行约束，这一过程与脉冲星计时十分相似。结果发现在假设中心黑洞为史瓦西黑洞时，我们能对黑洞质量给出约束，且约束得很好，对于GSN069这一例子而言，即使在时间测量误差为1σ≈600s下，给出黑洞质量30万个太阳质量和约束范围ΔM=1.5x105个太阳质量。若假设为Kerr黑洞的情况下，在时间误差小于1σ=100s-150s时，甚至可以对自旋大小和方向进行约束。这对于黑洞周围强引力场下的相对论研究有十分重要的意义。
此论文的合作者有：冼竞滔、张福鹏、窦立明、何嘉升和舒新文
论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac31aa
arXiv预印版：https://arxiv.org/pdf/2110.10855.pdf
