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    王挺贵小组类型转变活动星系核研究取得重要进展

    作者:中国科学院星系宇宙学重点实验室   发布时间: 2017-09-08
    我校物理学院天文学系、天文与空间科学学院王挺贵教授小组首次在10个类型转变的活动星系核中探测到显著的中红外光变,并且成功对类型转变活动星系核的物理机制作出了明确诊断。该研究成果以“Mid-infrared Variability of Changing-look AGNs”为题于2017年9月1日发表在国际杂志《天体物理快报》 (The Astrophysical Journal Letters)上,第一作者为本校2015级博士生盛振峰,与王挺贵教授为共同通讯作者,主要参与人还有天文学系蒋凝博士、杨臣威博士、加州理工学院严琳研究员、广州大学窦立明博士(2016年在我系获博士学位)以及2017届本科生彭渤。该工作未正式发表前公布在预印本网站上(arXiv.org),公布不久就被国际著名杂志《自然》(Nature)选为新闻亮点,以“闪烁类星体的奥秘出现线索”(Clues emerge in mystery of flickering quasars)为题于2017年7月28日进行报道;正式发表后,中央新闻媒体“科技日报社”以“黑洞食量变化使类星体快速消失”为题进行了快讯报道,报道刊登在2017年9月7日的《科技日报》上。随后,中国科学院教育部科技发展中心国家航天局中国科普网人民网新浪、搜狐等数十家网站纷纷进行转载报道。
    星系中心普遍存在超大质量黑洞,质量在几百万到几十亿个太阳质量之间。当这些黑洞吸积周围物质的时候,会将它们的引力势能转化为电磁辐射而释放出来,星系的中心会表现出一个明亮的核,称作活动星系核(英文为active galactic nuclei, 简称AGN)。一般认为AGN会在数百万年的时标上保持活跃的状态,然后花上数万年的时间逐渐熄灭。目前的天文观测表明AGN与寄主星系很可能共同成长与演化。观测上AGN被分为两大类:光学光谱中同时有宽和窄发射线的称为I型;只有窄发射线的称为II型。AGN的统一模型认为两种类型的AGN本质上是相同的,只是我们观测的视角不同。当我们从侧面看时,黑洞周围的环状分布的尘埃(尘埃环)遮挡了宽线发射区,表现为II型,从正面看则为I型,因此二者不会相互演化。近几年,时域天文观测发现有少部分AGN会两种类型之间转变,即所谓的类型转变活动星系核(changing-look AGN),并且这类AGN能在短短的几年内从活跃变为不活跃(反之亦然),这就对统一模型及传统认知提出了挑战。这种现象目前有两种主流的观点可以解释:一种基于统一模型,认为类型的转变是小尺度的尘埃云团穿过视线方向,遮挡宽发射线区导致的结果;另一种认为是中央黑洞自身吸积率的剧烈变化导致(黑洞引擎熄火造成由I型转变为II型,黑洞引擎点火造成II型转变为I型)。前人对于类型转变AGN的研究主要集中在高能X射线和光学波段,倾向于认为是黑洞吸积率变化,但没法彻底排除遮蔽的观点。
    王挺贵研究小组利用广域红外巡天望远镜(WISE)的数据在10个类型转变AGN的中首次发现了显著的中红外对光学光变的响应,该响应无论从变化时标还是变化幅度都无法用遮蔽或消光来解释,只能归结于黑洞的吸积的量发生了变化。由于黑洞吸积物质发出的高能辐射加热外围的尘埃环后,会在红外波段再辐射出来,因此黑洞外围的尘埃辐射会滞后响应黑洞吸积的变化。正是基于这种思想,王挺贵小组同时观测到了来自于吸积盘的变化,以及外围尘埃环对于该变化的响应,进而排除了遮蔽的观点。
    该工作对于黑洞吸积物理有重要启示作用,同时对于研究尘埃环尺度和结构有重要意义。正确诊断类型转变AGN的机制有助于天文学家追踪气体和尘埃掉入黑洞,有助于进一步研究黑洞和星系的共同演化。

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