活动星系核的触发与星系演化的关联性研究取得新进展

发稿时间:2021-07-13,作者:张子文浏览次数:12

中国科学技术大学天文学系王慧元教授团队近期对活动星系核(AGN)的触发机制以及AGN与星系演化之间的关联做出研究并取得新进展,相关成果已发表在天文学国际杂志天文与天体物理学报(Astronomy & Astrophysics)。
在广袤的宇宙中存在着这样一种星系,该星系的核心非常亮,其亮度甚至能够超过整个星系的恒星总亮度,这类星系的核区被我们称之为活动星系核(AGN)。AGN能够发光的本质是在于其中的超大质量黑洞快速吸积物质,物质的一部分引力势能通过辐射的形式释放出去,从而使得AGN能够被观测到。
先前的一些工作发现,当星系质量越大的时候,其中央黑洞也往往越大,那么按照常理来说,大质量的星系中都应该有AGN的存在。然而,大部分星系是没有AGN活性的,这也就说明AGN活动需要额外机制来触发。AGN的触发机制可以大致分为两类,即星系演化的内部机制和外部的环境机制,关于哪一种是主导机制,学界目前尚无定论。另外,AGN会发出辐射或者喷流作用于星系本身,这种现象被称之为‘反馈’,反馈对于星系演化可以起到重要的作用。关于反馈如何影响到星系演化有对立的两类观点,一部分人认为AGN反馈可以促进星系的恒星形成,但是另一部分人认为反馈能够停止恒星形成,使得星系从恒星形成星系演化到熄灭星系。
该团队针对中央星系样本,选取了光学波段的AGN宿主星系(简称为AGN星系),并分别构建了由恒星形成星系和熄灭星系组成的对照组样本。通过弱引力透镜技术以及两点关联函数,研究了AGN星系与对照样本所处的宿主暗物质晕质量(简称为暗晕质量)。发现在相同星系质量的情况下,AGN星系与恒星形成星系对应的暗晕质量非常相似(~ 1012太阳质量/h),而熄灭星系的暗晕质量明显高于这两者(~1012.4太阳质量/h)。通过研究两点关联函数的结果,可以看到在暗物质晕内部的尺度上,AGN星系相比于恒星形成星系周围有更多的卫星星系,通过分析这些卫星星系的组成,发现在数目上是由小的卫星星系所主导,这些小卫星星系的质量甚至达到了相应中央星系质量的千分之一。通过条件质量函数,他们发现暗物质晕中的平均卫星星系数目与暗晕质量呈正相关,并且当暗晕质量达到 ~ 1012太阳质量/h 时,暗物质晕中往往会出现一个卫星星系。 他们还发现了在相同星系质量的情况下,如果一类星系周围有更多的卫星星系,那么该类星系的中央核球(central bulge)也会演化的更加显著。根据以上结果,该团队认为AGN活性的激发可能是由卫星星系与中央星系发生相互作用时,由于引力矩的影响,使得气体失去角动量而流向黑洞,从而激发了AGN的活动。他们特别指出,星系间轻微的相互作用(minor interaction)能够触发AGN,并且如果星系中的气体充足,则也能激发剧烈的恒星形成(starburst),该行为将会促进central bulge或者非对称结构的增长。在演化的中后期,这些结构的自演化的作用可以使AGN被多次触发,故AGN实际存在的时间要远高于其本身的寿命。
另外,该团队分析了AGN星系占整体星系的比例(简称为AGN比例)随着星系质量以及Dn(4000) (4000A break) 的变化趋势,发现了AGN星系倾向于出现在starburst以及绿谷星系(恒星形成与熄灭的中间状态)中,并且当星系从绿谷星系演化至熄灭星系时,AGN 比例也随之下降,他们由此推测AGN的活动与星系的熄灭之间是关联的。他们最后整合了以上所有的结果,给出了一个AGN-宿主星系-暗物质晕共同演化的图景(见下图)。
 (图:AGN-宿主星系-暗物质晕共同演化的图景 )
该工作为理解AGN的触发机制提供了重要证据,并且为研究AGN与星系演化之间的关联提供了新思路。
该项研究第一作者是天文系博士生张子文,研究得到基金委、科技部和教育部的支持。