?

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)天文學(xué)系活動(dòng)星系團(tuán)隊(duì)探測(cè)到星系中的電離氣體對(duì)星系中心輻射作出響應(yīng)過(guò)程中所顯示的關(guān)鍵性突變信號(hào)，該信號(hào)可用于測(cè)定星系中電離氣體的密度。論文于2021年1月11日發(fā)表在天文學(xué)領(lǐng)域知名期刊The Astrophysical Journal Letters上。

圖1，星系中心超大質(zhì)量黑洞周?chē)鷱浡臍怏w。（概念圖，取自ESA）

活動(dòng)星系中心的超大質(zhì)量黑洞及其吸積盤(pán)通過(guò)不斷吸積其周邊氣體持續(xù)生長(zhǎng)，同時(shí)所釋放的輻射在電離星際介質(zhì)并驅(qū)動(dòng)氣體外流，進(jìn)而對(duì)整個(gè)星系的演化產(chǎn)生深刻影響。因而，測(cè)量黑洞周邊氣體以及星際介質(zhì)分布是黑洞與星系共同演化研究的基本課題之一，但氣體密度作為一項(xiàng)關(guān)鍵物理參數(shù)，它的可靠測(cè)量卻是該領(lǐng)域的長(zhǎng)期難題。傳統(tǒng)方法是利用密度依賴的離子激發(fā)態(tài)吸收線的線比，但該方法往往不能應(yīng)用于吸收線展寬巨大造成吸收線混合的情況，而且難以用于大樣本測(cè)算分析。

在物理層面上，星系中心電離輻射變化后，電離氣體中電子的復(fù)合過(guò)程需要一定時(shí)間，這一“復(fù)合時(shí)標(biāo)”與氣體的密度成反比。此前，王挺貴和劉桂琳課題組通過(guò)考查光變類(lèi)星體的復(fù)合時(shí)標(biāo)，間接測(cè)量出氣體的密度。該團(tuán)隊(duì)2019年在發(fā)表于Nature Astronomy的工作中，從理論上提出，吸收線特征對(duì)中心輻射的響應(yīng)可假設(shè)為階梯函數(shù)形式，即當(dāng)觀測(cè)時(shí)間間隔大于復(fù)合時(shí)標(biāo)時(shí)可以觀測(cè)到吸收線的變化，反之則觀測(cè)不到吸收線的變化。

圖2理論上單個(gè)源中存在吸收線變化探測(cè)率突變現(xiàn)象。

根據(jù)這一假設(shè)，在時(shí)間間隔等于復(fù)合時(shí)標(biāo)附近應(yīng)可以觀察到吸收線變化的陡增現(xiàn)象（圖2）。這種突變信號(hào)的成功探測(cè)將為該團(tuán)隊(duì)測(cè)量氣體密度所采用的上述方法提供強(qiáng)有力的支持。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)仔細(xì)分析SDSS數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)質(zhì)量較高且有數(shù)十次觀測(cè)的類(lèi)星體SDSS J141955.26+522741.1，發(fā)現(xiàn)它的幾個(gè)不同的吸收線同時(shí)存在陡增現(xiàn)象（圖3），從而有力地證明了模型假設(shè)的可靠性。另外，通過(guò)進(jìn)一步分析，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)探測(cè)率曲線還可以將速度空間和天空位置同時(shí)重疊的不同密度氣體成分分離開(kāi)來(lái)，此前并無(wú)有效方法做到這一點(diǎn)。由此，該團(tuán)隊(duì)在系列論文中所提出的測(cè)量光變類(lèi)星體中電離氣體密度的“復(fù)合時(shí)標(biāo)”方法逐步趨于完善。

圖3在活動(dòng)星系SDSS J141955.26+522741.1觀測(cè)到吸收線突變現(xiàn)象。

論文的第一作者為天文系在讀博士研究生趙沁園。天文系特任副研究員何志成以及劉桂琳教授為論文的共同通訊作者。本項(xiàng)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金和科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目的支持。

系列工作相關(guān)論文地址：

（物理學(xué)院、科研部）