3月28日，國際著名天文專業(yè)期刊《天體物理雜志》（The Astrophysical Journal） 在線發(fā)表了中國科學院云南天文臺劉洪濤研究員、封海成博士與合作者的研究成果。該研究利用斯隆數(shù)字巡天類星體光譜數(shù)據(jù)，通過紅向移動的寬發(fā)射線，研究了活動星系核中心黑洞質(zhì)量測量中的維里系數(shù)和黑洞吸積輻射壓的貢獻。

　　反響映射是一種從時域上測量寬線區(qū)尺度和活動星系核中心黑洞質(zhì)量的有效方法，該方法衍生出的各種次級方法得到了廣泛應用，如測量高紅移類星體中心黑洞質(zhì)量。但是，這類方法測量出的黑洞質(zhì)量系統(tǒng)誤差比較大：黑洞質(zhì)量測量中的維里系數(shù)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系數(shù)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(zhì)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(zhì)量，研究寬線區(qū)氣體云的宏觀受力情況是必要的。氣體云除了受到中心黑洞引力作用外，吸積盤輻射照射氣體云產(chǎn)生的輻射壓力對氣體云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(zhì)量時輻射壓力可以忽略。

　　劉洪濤等人利用斯隆數(shù)字巡天第五次數(shù)據(jù)發(fā)布（SDSS DR5），選取光學寬發(fā)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(fā)射線的紅向移動量和線寬測量維里系數(shù)。經(jīng)過細致的數(shù)據(jù)相關(guān)分析和樣本選擇效應分析，發(fā)現(xiàn)維里系數(shù)與黑洞無量綱吸積率正相關(guān)（圖1），維里系數(shù)、無量綱吸積率、線比（發(fā)射線流量比FeII/Hβ）兩兩正相關(guān)，維里系數(shù)與無量綱吸積率和線比正相關(guān)（三維相關(guān)）（圖2）。

　　這些新結(jié)果表明，輻射壓力對維里系數(shù)有重要貢獻，維里系數(shù)不但與黑洞吸積率有關(guān)，還與FeII/Hβ線比有關(guān)，這個線比則是寬線區(qū)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(qū)氣體金屬豐度有密切關(guān)系，其強度不可忽略，將導致寬發(fā)射線寬度比沒有輻射壓力的寬度要小。以前其他研究通常由黑洞引力控制下的氣體云維里化運動假設(shè)得到黑洞的維里質(zhì)量，測量值將低于實際質(zhì)量。

　　維里系數(shù)與黑洞無量綱吸積率的正相關(guān)得到了更大樣本的驗證（下一個工作，用SDSS DR7類星體研究的初步結(jié)果）。輻射壓力主要產(chǎn)生于原子吸收連續(xù)譜光子的束縛-束縛躍遷過程，對氣體金屬豐度依賴強。這些新發(fā)現(xiàn)有助于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(jié)構(gòu)及其產(chǎn)生物理機制。

　　該研究得到國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃和中國載人航天工程巡天空間望遠鏡專項科學研究經(jīng)費支持。

　　論文鏈接

圖1.Hβ寬發(fā)射線的維里系數(shù)與黑洞無量綱吸積率。紅色圓點：黑色數(shù)據(jù)點的平均值，藍色線：常用的維里系數(shù)平均值fσ = 5.5。維里系數(shù)與黑洞無量綱吸積率正相關(guān)。

圖2.維里系數(shù)、無量綱吸積率、線比三維圖。這三個量兩兩正相關(guān)（彩色投影），維里系數(shù)與無量綱吸積率和線比正相關(guān)（黑色點）。