活動星系中心黑洞質量精確測量取得重要進展

 11月9日，國際科學期刊The Astrophysical Journal Supplement Series在線發表了中科院云南天文臺盧開興副研究員及其合作者的研究成果。該研究把著名活動星系NGC 5548中心黑洞質量的測量精度從歷史的41%提高到13%，且發現寬線輻射區平均尺度和轉動速度演變不同于中心電離光度演變的非正常“呼吸”現象。該成果是研究人員依托云南天文臺麗江2.4米望遠鏡，歷時5年獲得的，其對未來刻畫活動星系核的動態物理圖像和提高活動星系中心黑洞質量的測量精度具有里程碑意義。

活動星系核寄宿于活動星系的中心，其輻射光度可高達太陽光度的萬億倍，是被公認的20世紀60年代的“四大發現”之一。現代基于活動星系核的超大質量雙黑洞系統及納赫茲引力波天文學，黑洞增長，超大質量黑洞與星系協同演化，宇宙探針等研究課題是國際前沿研究課題。

至今，天體物理學家觀測認證的活動星系核近100萬個，回答了活動星系核能源問題，建立了比較完善的活動星系核統一模型。即便如此，很多基本物理問題亟須尋找確切的答案。比如活動星系核中心黑洞質量的測量精度是多少，其對大樣本活動星系核的統計性質有哪些影響；單黑洞(和雙黑洞)活動星系核環境是如何演變，環境演變能否回答觀測上發現的極端(反常)物理事件，如寬線存在奇異雙峰結構、出現“變臉(changing-look)”或“變態(changing-state)”過程和呈現極端變幅的活動星系核；磁或者輻射等驅動的不同尺度的多溫等離子體外流如何影響活動星系核的活動等。

帶著這些問題，盧開興等人依托麗江2.4米望遠鏡，對寬線存在雙峰結構且具有大幅度光變特征的變臉活動星系核候選體和超大質量雙黑洞候選體NGC 5548開展了歷時5年的反響映射觀測。

反響映射是一種測量活動星系核中心黑洞質量和研究其輻射區性質的重要方法。通過時間序列分析獲得了多個年平均的直接測量和寬線區速度場，盧開興等人發現寬線區動力學結構存在年時標的演變現象，但寬線區平均尺度和轉動速度在30年的時間尺度上滿足維里化關系。他們從該研究中獲得了 NGC 5548中心黑洞質量的5次測量，多次黑洞質量測量的彌散僅為13%，遠小于歷史測量的彌散(41%)。

該研究的另外一個重要成果是利用反響映射觀測資料調查NGC 5548寬線輻射區隨著中心電離光度的演變，發現寬線輻射區平均尺度和轉動速度演變不同于中心電離光度演變的非正常“呼吸”現象。包括麗江2.4米望遠鏡5年的反響映射光譜觀測，目前NGC 5548已經積累23年的反響映射觀測研究成果。

在光致電離框架下，寬線輻射區反常“呼吸”現象可能由活動星系核環境相互作用等多種因素引起。因此開展活動星系核結構和演化研究，有望在提高活動星系中心黑洞質量測量精度和精細刻畫活動星系核動態物理圖像方面獲得突破。

該研究得到了國家重點研發計劃，國家自然科學基金重大項目、面上項目、青年基金，中國載人航天工程巡天空間望遠鏡專項科學研究經費，中科院青年創新促進會人才項目、西部青年學者(B類)，云南省基礎研究專項面上項目等的資助。