活动星系核的触发与星系演化的关联性研究取得新进展

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）。

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。