中科院云南天文台在活动星系中心黑洞质量精确测量和辐射区的演化研究方面取得重要进展

11月9日，国际科学期刊The Astrophysical Journal Supplement Series在线发表了中科院云南天文台卢开兴副研究员及其合作者的研究成果。该研究把著名活动星系NGC 5548中心黑洞质量的测量精度从历史的41%提高到13%，且发现宽线辐射区平均尺度和转动速度演变不同于中心电离光度演变的非正常“呼吸”现象。该成果是研究人员依托云南天文台丽江2.4米望远镜，历时5年获得的，其对未来刻画活动星系核的动态物理图像和提高活动星系中心黑洞质量的测量精度具有里程碑意义。

活动星系核寄宿于活动星系的中心，其辐射光度可高达太阳光度的万亿倍，是被公认的20世纪60年代的“四大发现”之一。现代基于活动星系核的超大质量双黑洞系统及纳赫兹引力波天文学，黑洞增长，超大质量黑洞与星系协同演化，宇宙探针等研究课题是国际前沿研究课题。

至今，天体物理学家观测认证的活动星系核近100万个，回答了活动星系核能源问题，建立了比较完善的活动星系核统一模型。即便如此，很多基本物理问题亟须寻找确切的答案。比如活动星系核中心黑洞质量的测量精度是多少，其对大样本活动星系核的统计性质有哪些影响；单黑洞(和双黑洞)活动星系核环境是如何演变，环境演变能否回答观测上发现的极端(反常)物理事件，如宽线存在奇异双峰结构、出现“变脸(changing-look)”或“变态(changing-state)”过程和呈现极端变幅的活动星系核；磁或者辐射等驱动的不同尺度的多温等离子体外流如何影响活动星系核的活动等。

带着这些问题，卢开兴等人依托丽江2.4米望远镜，对宽线存在双峰结构且具有大幅度光变特征的变脸活动星系核候选体和超大质量双黑洞候选体NGC 5548开展了历时5年的反响映射观测。

反响映射是一种测量活动星系核中心黑洞质量和研究其辐射区性质的重要方法。通过时间序列分析获得了多个年平均的直接测量和宽线区速度场，卢开兴等人发现宽线区动力学结构存在年时标的演变现象，但宽线区平均尺度和转动速度在30年的时间尺度上满足维里化关系。他们从该研究中获得了 NGC 5548中心黑洞质量的5次测量，多次黑洞质量测量的弥散仅为13%，远小于历史测量的弥散(41%)。

该研究的另外一个重要成果是利用反响映射观测资料调查NGC 5548宽线辐射区随着中心电离光度的演变，发现宽线辐射区平均尺度和转动速度演变不同于中心电离光度演变的非正常“呼吸”现象。包括丽江2.4米望远镜5年的反响映射光谱观测，目前NGC 5548已经积累23年的反响映射观测研究成果。

在光致电离框架下，宽线辐射区反常“呼吸”现象可能由活动星系核环境相互作用等多种因素引起。因此开展活动星系核结构和演化研究，有望在提高活动星系中心黑洞质量测量精度和精细刻画活动星系核动态物理图像方面获得突破。

该研究得到了国家重点研发计划，国家自然科学基金重大项目、面上项目、青年基金，中国载人航天工程巡天空间望远镜专项科学研究经费，中科院青年创新促进会人才项目、西部青年学者(B类)，云南省基础研究专项面上项目等的资助。

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图1：宽线区平均尺度(b)随中心电离光度(a)演变关系和交叉相关分析结果(ba)，宽线辐射区平均尺度变化滞后于中心电离光度变化的时标约3.5年