高红移双超大质量黑洞的观测研究取得新突破

发稿时间：2023-11-06，作者：汪昊辰、王俊贤浏览次数：10

 中国科学技术大学天文学系王俊贤教授团队通过Gaia数据进行筛选并利用e-MERLIN望远镜开展射电干涉观测，发现了四个全新的高红移双超大质量黑洞候选体。研究成果以“Varstrometry selected radio-loud candidates of dual and off-nucleus quasars at sub-kpc scales”为题近日在《Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters》发表，并被英国e-MERLIN望远镜官网以“e-MERLIN detects the anticipated radio-optical offsets in high redshift candidates of sub-kpc dual SMBHs”为题推荐介绍。论文第一作者为天文学系博士研究生汪昊辰。
 双超大质量黑洞是星系演化的产物。当两个星系互相靠近直至并合的过程中，其各自中心的超大质量黑洞也会逐渐靠近，形成双超大质量黑洞并最终并合。根据双超大质量黑洞系统演化阶段的不同，两个黑洞的间距从数秒差距到数万秒差距不等。如果这两个超大质量黑洞中至少有一个正处在活跃的吸积状态，且没有被遮蔽，则该双超大质量黑洞系统会表现为双活动星系核或偏离星系核心的活动星系核。然而，目前发现的双超大质量黑洞均在低红移或者拥有较大的间距，高红移小间距的双超大质量黑洞系统难以被发现。
 图：双超大质量黑洞候选体的光学-射电位置偏离的分布（蓝色），与常规类星体的分布（红色）的对比。五个双超大质量黑洞候选体和普通类星体的光学-射电位置间距分布。除了J1433以外的其他四个候选体的光学位置和射电位置均有显著差异。
 为了搜寻高红移双超大质量黑洞候选体，研究团队使用Gaia卫星的天体测量数据筛选出了五个具有显著位置抖动的高红移类星体，这种抖动被认为是双活动星系核的独立随机光变叠加产生的光学中心的位置抖动。研究团队借助e-MERLIN射电望远镜的高分辨率射电干涉观测获取了这五个候选体的射电图像，并在每张图像中都发现了一个射电源对应于候选体。其中有四个候选体的光学位置（来自Gaia卫星的天体测量数据）和射电位置之间存在显著偏离，可由双超大质量黑洞系统中某一个射电噪活动星系核和系统光学中心之间的位置差异导致。通过光学-射电位置间距以及假设的两个活动星系核之间的光学流量比，研究团队发现这些候选体中双黑洞之间的投影距离可能小于一千秒差距，属于常规观测手段难以发现的小间距的双超大质量黑洞系统。
 图：五个双超大质量黑洞候选体的黑洞间距（投影距离）估计。投影距离利用光学-射电位置间距和双黑洞光学流量比（假设在1:10到10:1之间）进行计算。红色点为Chen et al., 2022中利用哈勃太空望远镜寻找到的双超大质量黑洞候选体的投影距离。
该工作展示了通过高分辨率射电观测寻找高红移小间距的双超大质量黑洞的可行性，并拓展了双超大质量黑洞候选体样本。本项研究得到国家自然科学基金的支持。