中國在活動星系核黑洞質量測量研究中取得新進展

中國科學院雲南天文台劉洪濤研究員、封海成博士利用斯隆數碼巡天（Sloan Digital Sky Survey）類星體光譜數據，通過紅向移動的寬發射線，研究活動星系核中心黑洞質量測量中的維里係數（Virial factor）和黑洞吸積輻射壓的貢獻。
　　
反響映射（response mapping）是一種從時域上測量寬線區尺度和活動星系核中心黑洞質量的有效方法，該方法衍生出的各種次級方法得到廣泛應用，如測量高紅移類星體中心黑洞質量。 但是，這類方法測量出的黑洞質量系統誤差比較大：黑洞質量測量中的維里係數未知。 其它方法應用到反響映射近鄰活動星系核得到一個維里係數平均值，通常使用這個平均值代替實際值。
　　
精確測量活動星系核中心黑洞質量對研究星系與黑洞的形成和演化有重要意義。 要測準活動星系核中心黑洞質量，研究寬線區氣體雲的宏觀受力情況是必要的。氣體雲除了受到中心黑洞重力作用外，吸積盤輻射照射氣體雲產生的輻射壓力對氣體雲運動是否有明顯作用？與黑洞引力相比是否可以忽略？以前其他研究通常認為這類方法測量黑洞質量時輻射壓力可以忽略。
　　
劉洪濤等人利用斯隆數碼巡天第五次數據發佈（SDSS DR5），選取光學寬發射線Hβ和FeII有紅向移動的類星體，得到1973個源。使用2017年劉洪濤等人提出的方法，由寬發射線的紅向移動量和線寬測量維里係數。經過細緻的數據相關分析和样本選擇效應分析，發現維里係數與黑洞無量綱吸積率正相關，維里係數、無量綱吸積率、線比（發射線流量比FeII/Hβ）兩兩正相關，維里係數與無量綱吸積率和線比正相關（三維相關）（上圖）。
　　
這些新結果顯示，輻射壓力對維里係數有重要貢獻，維里係數不但與黑洞吸積率有關，還與FeII/Hβ線比有關，這個線比則是寬線區氣體金屬豐度的指示器。因此，輻射壓力與黑洞吸積輻射強度和寬線區氣體金屬豐度有密切關係，其強度不可忽略，將導致寬發射線寬度比沒有輻射壓力的寬度要小。以前其它研究通常由黑洞重力控制下的氣體雲維里化運動假設得到黑洞的維里質量，測量值將低於實際質量。
　　
維里係數與黑洞無量綱吸積率的正相關得到了更大樣本的驗證（下一個工作，用斯隆數碼巡天第七次數據發佈類星體研究的初步結果）。輻射壓力主要產生於原子吸收連續譜光子的束縛-束縛躍遷過程，對氣體金屬豐富程度依賴強。 這些新發現有助於更好地理解活動星系核中心的微觀物理過程的宏觀效應、物理結構及其產生物理機制。

【圖、文：節錄自中國科學院雲南天文台網頁；新聞資訊由林景明提供】 研究全文刊登在2022年3月28日出版的《天體物理學報》；標題是：Measuring the Virial Factor in SDSS DR5 Quasars with Redshifted Hβ and Fe ii Broad Emission Lines