摘要
20世纪60年代开始，利用先进技术所建造的X射线空间望远镜使可以观测到被地球大气所屏蔽的X射线，从此X射线天体物理开始蓬勃发展。星系团和活动星系核(Active Galactic Nuclei，AGNs)是宇宙中最亮的X射线河外源。它们是本论文的主要研究对象。 星系团是可以用独立方法来测定其质量的最大结构，所以它们可作为有力的宇宙学探针。比如，测量星系团的可观测物质成分和不同时期的星系团计数可限制宇宙中物质的含量。大部分利用星系团做的宇宙学研究需要明确定义的大样本。最近由星系团计数得出的宇宙学参数限制与由宇宙微波背景(Cosmic Microwave Background，CMB)所得到的结果存在差异。在对星系团的观测技术中，X射线成像是最灵敏、最可靠的探测和分析方法之一。团内热气体示踪了真正由引力所束缚的结构，因此由X射线巡天数据可以得到纯净度高且易于理解的星系团样本。 在论文的第一部分，假设前人基于ROSAT对全天区的巡天(ROSAT All-Sky Survey，RASS)数据所进行的X射线星系团搜寻工作中，遗漏了一种特定类型的星系群或星系团，其具有较高的延展度和较低的面亮度。使用一个专门的源探测算法，发现了很多已知的星系群以及大量的新星系群的候选体。这些新的候选体没有包括在任何已发表的X射线或者SZ星系团列表中。在近期发表的文章中，讨论了从RASS数据中发现的13个非常延展的星系群，它们首次被证认为X射线源，且均具有清晰的光学对应体。其中至少有5个星系群的X射线流量高于已发表的RASS星系团表的流量限（在0.1-2.4keV能量段，(≥)3×10-12erg s-1cm-2）。这些星系群的质量较小（1013M☉(≤)M500(≤)1014M☉），红移较低(z＜0.08)，且面亮度分布异常平坦。 在论文的第二部分，对AGN的X射线光谱进行分析。当被硬X射线光子照射时，AGN的尘埃环中的冷气体会发出荧光线。除了Fe和Ni之外，其它元素的荧光线因为强度相对较弱而很少被发现。然而，吸收柱密度大于1.5×1024cm-2（即，汤姆逊散射的光深大于1）的康普顿厚AGN的X射线光谱中，＜10keV的连续谱被严重压制，这使得可以比较容易地探测到荧光线并确定元素丰度。另外，可以利用高能光子的康普顿散射在约20-30keV处产生光谱鼓包探测尘埃环的中性氢柱密度。 对星系M51中的康普顿厚AGN进行X射线光谱分析。结合Chandra和NuSTAR的观测数据，不仅探测到了明显的Fe Kα、Fe Kβ和Ni Kβ线，还探测到了中性Si、S、Ar、Ca、Cr和Mn的K口线，并进一步确定了这些元素的相对丰度。另外，推导出了尘埃环的中性氢赤道柱密度(equatorial column density)，nH～7×1024cm-2。我们的结果证实了M51中心AGN的康普顿厚特性。 在本篇论文的第一章，我简要介绍了X射线的辐射机制和主要的X射线河外源;第二章中主要介绍X射线的观测方法以及主要的X射线卫星;第三章是我的第一个工作，即利用ROSAT数据来搜寻X射线星系团;第四章是我的第二个工作，利用对康普顿厚AGN的X射线光谱分析来研究其尘埃环;第五章是本人博士期间的工作总结。
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