近日，中國科學院云南天文臺科研人員與合作者在活動星系核寬線區(qū)結構和動力學演化研究方面取得進展。相關研究成果以Velocity-resolved Reverberation Mapping of Changing-look Active Galactic Nucleus NGC 4151 during Outburst Stage. II. Four Season Observation Results為題，發(fā)表在《天體物理學雜志》（The Astrophysical Journal）上。
活動星系核的紫外和光學光譜存在較多寬度超過1000公里每秒的寬發(fā)射線。寬發(fā)射線的輻射區(qū)稱為寬線區(qū)。寬線區(qū)中的氣體速度高，在中心吸積盤高能光子的光致電離作用下產(chǎn)生寬發(fā)射線。研究寬線區(qū)的結構和動力學性質(zhì)可以幫助科學家測量中心超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量，并能夠揭示活動星系核內(nèi)部的物理過程。而寬線區(qū)的復雜運動學和空間分布不完全清晰。
自2020年起，該團隊利用麗江天文觀測站2.4米望遠鏡對變臉活動星系核NGC 4151進行了為期4年的反響映射觀測。結果顯示，NGC 4151的多條寬發(fā)射線存在顯著的分層現(xiàn)象，即不同發(fā)射線起源于寬線區(qū)中不同的半徑范圍。同時，研究發(fā)現(xiàn)，NGC 4151存在異常的“反呼吸效應”。
按照傳統(tǒng)理論，活動星系核亮度增加時，寬線區(qū)半徑應隨之擴展，導致寬發(fā)射線的時間延遲增加即“呼吸效應”。而NGC 4151的觀測結果卻顯示寬發(fā)射線的時間延遲隨著亮度的增加而縮短。這一“反呼吸效應”可能與活動星系核紫外-光學光變之間的時間延遲相關。進一步，研究通過速度分辨時間延遲分析發(fā)現(xiàn)，NGC 4151寬線區(qū)的幾何結構和動力學性質(zhì)在不到一年的時間尺度上發(fā)生了顯著變化。這種快速變化無法單純通過寬線區(qū)的不均勻分布、輻射壓力變化或電離輻射場的變化來解釋，表明寬線區(qū)的物理特性比以往認知更加復雜，或受到多種機制的共同驅(qū)動。
上述成果深化了科學家對寬線區(qū)動力學和幾何結構演化的認知，為未來利用長時間尺度、多波段觀測研究活動星系核內(nèi)部結構提供了借鑒。后續(xù)，該團隊將結合高時間分辨率觀測數(shù)據(jù)，進一步分析寬線區(qū)與吸積盤之間的相互作用，以揭示其動力學演化的物理機制。
研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中國載人航天工程巡天空間望遠鏡專項等的支持。
論文鏈接
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