理論上單個源中存在吸收線變化探測率突變現象。何志成供圖
活動星系SDSS J141955.26+522741.1觀測到吸收線突變現象。何志成供圖
近日，中國科學技術大學天文系特任副研究員何志成、教授劉桂琳團隊利用「複合時標」方法，探測到了星系中電離氣體對星系中心超大質量黑洞-吸積盤輻射響應過程中的關鍵性突變信號，該信號可用於測定星系中電離氣體的密度。相關論文發表於《天體物理快報》。
活動星系中心的超大質量黑洞及其吸積盤通過不斷吸積周邊的氣體而持續生長，同時，黑洞及其吸積盤所釋放的輻射會電離星際介質並驅動氣體外流，進而對整個星系的演化產生深刻影響。因此，測量黑洞周邊氣體以及星際介質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關鍵物理參數，它的可靠測量卻是該領域的長期難題。
何志成介紹，測量電離氣體密度的傳統方法是利用密度依賴的離子激發態吸收線的線比，但該方法往往不能應用於吸收線展寬巨大造成吸收線混合的情況，而且難以用於大樣本測算分析。
值得一提的是，在物理層面上，星系中心電離輻射變化後，電離氣體中電子的複合過程需要一定時間，這一「複合時標」與氣體的密度成反比。
「因此，我們另闢蹊徑、『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。」何志成告訴《中國科學報》。
此前，中國科學技術大學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複合時標，間接測量出了氣體密度。該研究團隊於2019年在《自然—天文》上發文，從理論上提出，吸收線特徵對中心輻射的響應可假設為階梯函數形式，即當觀測時間間隔大於複合時標時，可以觀測到吸收線的變化，反之則觀測不到吸收線的變化。
「根據這一假設，在時間間隔等於複合時標附近，可以觀察到吸收線變化的陡增現象。」何志成解釋，這種突變信號的成功探測將為「複合時標」法測量氣體密度提供強有力的支持。
研究團隊仔細分析了美國斯隆數字巡天（SDSS）望遠鏡像資料庫中，數據質量較高且有數十次觀測的類星體SDSS J141955.26+522741.1，發現它的幾個不同的吸收線同時存在陡增現象，從而有力地證明了模型假設的可靠性。
「我們進一步分析發現，探測率曲線還可以將速度空間和天空位置同時重疊的不同密度氣體成分分離開來，而此前並無有效方法可以做到這一點。」何志成說。
何志成介紹，下一步，在保證「複合時標」法測量氣體密度準確有效的基礎上，研究團隊將繼續從資料庫中搜尋大量樣本進行分析，不斷驗證模型的可靠性，從而進一步完善和推廣「複合時標」法測氣體密度。
相關論文信息：https://doi.org/10.3847/2041-8213/abd318
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