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科研进展

首次发现类星体外流在百光年尺度上的加速现象

来源:  发布时间:2022-02-14 15:35:17 点击次数:

近日,76net必赢官网手机版牟国斌研究员与中国科学技术大学天文学系何志成副研究员,王挺贵教授,刘桂琳教授合作,首次观测到类星体高速外流在百光年尺度上的加速现象。相关工作以“Evidence for quasar fast outflows being accelerated at the scale of tens of parsecs”为题,于2022212日在线发表于国际著名学术期刊《科学进展》 (Science Advances)上。武汉大学为文章的共同署名单位,牟国斌研究员是文章的共同通讯作者,论文的第一兼通讯作者为中科大特任副研究员何志成。

当今星系形成与演化理论认为,星系中心活跃的巨型黑洞(可超过10亿倍太阳质量)所释放的巨大能量会有效调节星系演化,阻止星系生长得过于庞大,被称作活动星系核反馈机制。活动星系中心黑洞吸积周边物质时形成旋转的吸积盘(如图1),将大量的气体电离并吹向星际空间,形成高速外流(可达光速十分之一)。外流气体将物质和能量从星系核区携带至寄主星系中,是活动星系核反馈的主要形式之一。然而,人们对活动星系外流的物理属性、起源、加速机制及其对星系演化的具体影响仍然知之甚少。学界普遍认为通过对密度敏感的离子激发态吸收线来推算外流到黑洞的距离这一方法相对可靠,但由于技术复杂、结果不确定,而且只能用于没有自混合的较窄吸收线,导致近三十年来人们用这一传统方法仅推算出数十个活动星系的外流尺度,并且在尺度的数量级上存在争议,致使宽吸收线高速外流的研究长期以来一直进展缓慢。

1 活动星系中心引擎:活跃的巨型黑洞吸积周边物质,形成旋转的吸积盘,产生的强烈电磁辐射可超过其所在星系恒星光度总和的千倍以上,对星系整体演化产生重要影响(图片来源:NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva)。

 

在该工作中,研究人员另辟蹊径,提出了一种全新的研究方法同时利用响应函数的幅度和相位信息,获得了类星体外流的运动学信息,并首次发现高速外流在百光年尺度上的加速现象(图2)。这一尺度超出经典的黑洞-吸积盘风(见图3)尺度达100倍以上。同时,该工作发现外流的起源尺度已超过了尘埃的升华半径,与尘埃环的尺度相吻合,有力地支持类星体高速宽吸收线外流的尘埃环起源。这意味着类星体宽吸收线可能并非由之前黑洞吸积盘风主导,或者退一步讲,至少说明黑洞吸积盘风并不是高速宽吸收线外流机制的唯一选项。文章作者认为星际尘埃极有可能在外流加速过程中扮演着重要角色,因为尘埃与黑洞吸积盘紫外辐射的作用截面远远大于自由电子的汤姆孙散射截面,因而含尘埃的气体更容易被吸积盘辐射加速。这项研究对于理解类星体外流及其反馈过程具有重要意义。


2 首次发现高速外流在百光年尺度上的加速现象。这个尺度远远超出黑洞吸积盘尺度,并且速度分布与尘埃环起源的尘埃加速模型高度吻合。


3 活动星系核高速外流的两种可能起源位置:黑洞吸积盘和尘埃环。二者尺度相差至少两个量级。

 

 

本项研究得到国家自然科学基金、中国巡天空间望远镜项目等资助。

文章地址链接:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abk3291


 


 

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