云南天文台在活动星系核黑洞质量测量研究中取得新进展

　　3月28日，国际著名天文专业期刊《天体物理杂志》（The Astrophysical Journal） 在线发表了中国科学院云南天文台刘洪涛研究员、封海成博士与合作者的研究成果。该研究利用斯隆数字巡天类星体光谱数据，通过红向移动的宽发射线，研究了活动星系核中心黑洞质量测量中的维里系数和黑洞吸积辐射压的贡献。
　　反响映射是一种从时域上测量宽线区尺度和活动星系核中心黑洞质量的有效方法，该方法衍生出的各种次级方法得到了广泛应用，如测量高红移类星体中心黑洞质量。但是，这类方法测量出的黑洞质量系统误差比较大：黑洞质量测量中的维里系数未知。其它方法应用到反响映射近邻活动星系核得到一个维里系数平均值，通常使用这个平均值代替实际值。
　　精确测量活动星系核中心黑洞质量对研究星系与黑洞的形成和演化有重要意义。要测准活动星系核中心黑洞质量，研究宽线区气体云的宏观受力情况是必要的。气体云除了受到中心黑洞引力作用外，吸积盘辐射照射气体云产生的辐射压力对气体云运动是否有明显作用？与黑洞引力相比是否可以忽略？以前其他研究通常认为这类方法测量黑洞质量时辐射压力可以忽略。
　　刘洪涛等人利用斯隆数字巡天第五次数据发布（SDSS DR5），选取光学宽发射线Hβ和FeII有红向移动的类星体，得到1973个源。使用2017年刘洪涛等人提出的方法，由宽发射线的红向移动量和线宽测量维里系数。经过细致的数据相关分析和样本选择效应分析，发现维里系数与黑洞无量纲吸积率正相关（图1），维里系数、无量纲吸积率、线比（发射线流量比FeII/Hβ）两两正相关，维里系数与无量纲吸积率和线比正相关（三维相关）（图2）。
　　这些新结果表明，辐射压力对维里系数有重要贡献，维里系数不但与黑洞吸积率有关，还与FeII/Hβ线比有关，这个线比则是宽线区气体金属丰度的指示器。因此，辐射压力与黑洞吸积辐射强度和宽线区气体金属丰度有密切关系，其强度不可忽略，将导致宽发射线宽度比没有辐射压力的宽度要小。以前其他研究通常由黑洞引力控制下的气体云维里化运动假设得到黑洞的维里质量，测量值将低于实际质量。
　　维里系数与黑洞无量纲吸积率的正相关得到了更大样本的验证（下一个工作，用SDSS DR7类星体研究的初步结果）。辐射压力主要产生于原子吸收连续谱光子的束缚-束缚跃迁过程，对气体金属丰度依赖强。这些新发现有助于更好地理解活动星系核中心的微观物理过程的宏观效应、物理结构及其产生物理机制。
　　该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划和中国载人航天工程巡天空间望远镜专项科学研究经费支持。
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　　图1.Hβ宽发射线的维里系数与黑洞无量纲吸积率。红色圆点：黑色数据点的平均值，蓝色线：常用的维里系数平均值fσ = 5.5。维里系数与黑洞无量纲吸积率正相关。
　　图2.维里系数、无量纲吸积率、线比三维图。这三个量两两正相关（彩色投影），维里系数与无量纲吸积率和线比正相关（黑色点）。