中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)天文學(xué)系蔡振翼副教授和王俊賢教授,通過研究類星體中心超大質(zhì)量黑洞吸積的極紫外輻射能譜,發(fā)現(xiàn)其與類星體本征亮度無關(guān),推翻了該領(lǐng)域的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí),他們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)類星體的平均極紫外能譜遠(yuǎn)比經(jīng)典吸積盤理論預(yù)期更軟,對(duì)經(jīng)典吸積盤輻射模型給出了嚴(yán)重挑戰(zhàn),有力地支持了具有普遍盤風(fēng)的吸積模型。10月5日,相關(guān)成果以“Auniversalaveragespectralenergydistributionforquasarsfromtheopticaltotheextremeultraviolet”為題的研究長(zhǎng)文,在線發(fā)表于《自然·天文學(xué)》(NatureAstronomy)期刊。
類星體是一類非常明亮的河外天體,其中心的超大質(zhì)量黑洞持續(xù)吞噬所處星系核心區(qū)域的氣體。巨大的引力勢(shì)在氣體形成的吸積盤上得以釋放,轉(zhuǎn)化為熱能和電磁輻射,使得星系核心異常明亮。類星體也因其超高的本征亮度而被稱為宇宙中的“超級(jí)巨獸”。標(biāo)準(zhǔn)吸積盤理論表明,吸積盤產(chǎn)生著名的“大藍(lán)包”輻射特征,理論預(yù)期峰值在極紫外波段。中心黑洞質(zhì)量越大,理論預(yù)期吸積盤溫度越低,極紫外能譜越軟。觀測(cè)上發(fā)現(xiàn),越亮的類星體(黑洞質(zhì)量越大)具有相對(duì)越弱的發(fā)射線(可由更軟的極紫外能譜解釋),即著名的Baldwin效應(yīng),也似與經(jīng)典吸積盤理論模型一致。
蔡振翼副教授和王俊賢教授的研究直接聚焦于大樣本類星體的光學(xué)-極紫外能譜,該項(xiàng)研究利用地面SDSS和空間GALEX的觀測(cè)數(shù)據(jù),控制極紫外探測(cè)不完備度的影響,發(fā)現(xiàn)類星體的平均極紫外能譜不依賴于本征亮度,不僅表明本征亮度差異無法解釋Baldwin效應(yīng),還顯著挑戰(zhàn)了標(biāo)準(zhǔn)吸積盤理論預(yù)言。同時(shí),作者給出了Baldwin效應(yīng)的可能新物理起源:越明亮的類星體,其吸積盤熱漲落越小,從而無法產(chǎn)生較多的發(fā)射線區(qū)云團(tuán)。
通過改正星系際介質(zhì)吸收的影響,該研究還發(fā)現(xiàn),類星體的極紫外平均能譜比所有前人的研究結(jié)果都更軟,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)吸積盤模型給出了進(jìn)一步嚴(yán)重挑戰(zhàn)(圖3左)。這個(gè)超軟的、不依賴于本征亮度的極紫外能譜很好地契合具有盤風(fēng)的吸積盤模型預(yù)言(圖3右),表明類星體中普遍存在盤風(fēng)。
該項(xiàng)研究結(jié)果對(duì)深入理解大質(zhì)量黑洞吸積物理、黑洞質(zhì)量增長(zhǎng)、宇宙再電離、寬線區(qū)物理起源、極紫外塵埃消光等諸多方面具有廣泛影響。未來,中國巡天空間望遠(yuǎn)鏡(CSST,http://nao.網(wǎng)址未加載/csst/)等具備紫外探測(cè)能力的衛(wèi)星項(xiàng)目將極大提升人們對(duì)類星體諸多物理本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。
該項(xiàng)研究得到科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金委、雙一流建設(shè)青年創(chuàng)新重點(diǎn)基金、中國載人航天工程和唐仲英基金會(huì)等資助。
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