理論上單個(gè)源中存在吸收線變化探測率突變現(xiàn)象。何志成供圖

活動星系SDSS J141955.26+522741.1觀測到吸收線突變現(xiàn)象。何志成供圖

近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)天文系特任副研究員何志成、教授劉桂琳團(tuán)隊(duì)利用“復(fù)合時(shí)標(biāo)”方法，探測到了星系中電離氣體對星系中心超大質(zhì)量黑洞-吸積盤輻射響應(yīng)過程中的關(guān)鍵性突變信號，該信號可用于測定星系中電離氣體的密度。相關(guān)論文發(fā)表于《天體物理快報(bào)》。

活動星系中心的超大質(zhì)量黑洞及其吸積盤通過不斷吸積周邊的氣體而持續(xù)生長，同時(shí)，黑洞及其吸積盤所釋放的輻射會電離星際介質(zhì)并驅(qū)動氣體外流，進(jìn)而對整個(gè)星系的演化產(chǎn)生深刻影響。因此，測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)，它的可靠測量卻是該領(lǐng)域的長期難題。

何志成介紹，測量電離氣體密度的傳統(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算分析。

值得一提的是，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。

“因此，我們另辟蹊徑、‘曲線救國’，通過測量跟電離氣體密度成反比的變量，從而獲得氣體密度?！焙沃境筛嬖V《中國科學(xué)報(bào)》。

此前，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)天文系教授王挺貴和劉桂琳課題組通過考查光變類星體的復(fù)合時(shí)標(biāo)，間接測量出了氣體密度。該研究團(tuán)隊(duì)于2019年在《自然—天文》上發(fā)文，從理論上提出，吸收線特征對中心輻射的響應(yīng)可假設(shè)為階梯函數(shù)形式，即當(dāng)觀測時(shí)間間隔大于復(fù)合時(shí)標(biāo)時(shí)，可以觀測到吸收線的變化，反之則觀測不到吸收線的變化。

“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，可以觀察到吸收線變化的陡增現(xiàn)象?！焙沃境山忉?，這種突變信號的成功探測將為“復(fù)合時(shí)標(biāo)”法測量氣體密度提供強(qiáng)有力的支持。

研究團(tuán)隊(duì)仔細(xì)分析了美國斯隆數(shù)字巡天（SDSS）望遠(yuǎn)鏡像數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)質(zhì)量較高且有數(shù)十次觀測的類星體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，從而有力地證明了模型假設(shè)的可靠性。

“我們進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，探測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來，而此前并無有效方法可以做到這一點(diǎn)?！焙沃境烧f。

何志成介紹，下一步，在保證“復(fù)合時(shí)標(biāo)”法測量氣體密度準(zhǔn)確有效的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)從數(shù)據(jù)庫中搜尋大量樣本進(jìn)行分析，不斷驗(yàn)證模型的可靠性，從而進(jìn)一步完善和推廣“復(fù)合時(shí)標(biāo)”法測氣體密度。



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