科大探测到电离气体对星系中心超大质量黑洞辐射响应的关键性突变信号

2021年01月20日

中国科大探测到电离气体对星系中心超大质量黑洞辐射响应的关键性突变信号

中国科学技术大学天文学系活动星系团队探测到星系中的电离气体对星系中心辐射作出响应过程中所显示的关键性突变信号，该信号可用于测定星系中电离气体的密度。论文于2021年1月11日发表在天文学领域知名期刊The Astrophysical Journal Letters上。

图1，星系中心超大质量黑洞周围弥漫的气体。（概念图，取自ESA）

活动星系中心的超大质量黑洞及其吸积盘通过不断吸积其周边气体持续生长，同时所释放的辐射在电离星际介质并驱动气体外流，进而对整个星系的演化产生深刻影响。因而，测量黑洞周边气体以及星际介质分布是黑洞与星系共同演化研究的基本课题之一，但气体密度作为一项关键物理参数，它的可靠测量却是该领域的长期难题。传统方法是利用密度依赖的离子激发态吸收线的线比，但该方法往往不能应用于吸收线展宽巨大造成吸收线混合的情况，而且难以用于大样本测算分析。

在物理层面上，星系中心电离辐射变化后，电离气体中电子的复合过程需要一定时间，这一“复合时标”与气体的密度成反比。此前，王挺贵和刘桂琳课题组通过考查光变类星体的复合时标，间接测量出气体的密度。该团队2019年在发表于Nature Astronomy的工作中，从理论上提出，吸收线特征对中心辐射的响应可假设为阶梯函数形式，即当观测时间间隔大于复合时标时可以观测到吸收线的变化，反之则观测不到吸收线的变化。

图2理论上单个源中存在吸收线变化探测率突变现象。

根据这一假设，在时间间隔等于复合时标附近应可以观察到吸收线变化的陡增现象（图2）。这种突变信号的成功探测将为该团队测量气体密度所采用的上述方法提供强有力的支持。该团队通过仔细分析SDSS数据库中数据质量较高且有数十次观测的类星体SDSS J141955.26+522741.1，发现它的几个不同的吸收线同时存在陡增现象（图3），从而有力地证明了模型假设的可靠性。另外，通过进一步分析，该团队发现探测率曲线还可以将速度空间和天空位置同时重叠的不同密度气体成分分离开来，此前并无有效方法做到这一点。由此，该团队在系列论文中所提出的测量光变类星体中电离气体密度的“复合时标”方法逐步趋于完善。

图3在活动星系SDSS J141955.26+522741.1观测到吸收线突变现象。

论文的第一作者为天文系在读博士研究生赵沁园。天文系特任副研究员何志成以及刘桂琳教授为论文的共同通讯作者。本项研究得到国家自然科学基金和科技部国家重点研发项目的支持。

系列工作相关论文地址：

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/abd318

https://www.nature.com/articles/s41550-018-0669-8

（物理学院、科研部）

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