中國天文學家探測到超大質量黑洞輻射響應的關鍵突變訊號

中國科學技術大學天文學系活動星系團隊，探測到星系中的電離氣體對星系中心輻射作出響應過程中所顯示的關鍵性突變訊號，該訊號可用於測定星系中電離氣體的密度。

活動星系中心的超大質量黑洞及其吸積盤通過不斷吸積其周邊氣體持續生長，同時所釋放的輻射在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。因而，測量黑洞周邊氣體以及星際介質分佈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。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。

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。此前，中國科技大學科研人員通過考查光變類星體的複合時標，間接測量出氣體的密度，並從理論上提出，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，在時間間隔等於復合時標附近應可以觀察到吸收線變化的陡增現象。這種突變信號的成功探測將為該團隊測量氣體密度所採用的上述方法提供強有力的支持。研究團隊通過仔細分析史隆數碼化巡天（Sloan Digital Sky Survey）數據庫中數據質量較高且有數十次觀測的類星體，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。另外，通過進一步分析，科研人員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，此前並無有效方法做到這一點。

【圖：歐洲太空總署；文：節錄自科學網頁；新聞訊息由林景明提供】研究全文刊登在2021年1月11日出版的《天體物理學快報》