近日，中國科學(xué)院云南天文臺南方基地博士后李莎莎、封海成博士及合作者在活動星系核寬線區(qū)動力學(xué)演化研究方面取得新進(jìn)展。該研究利用麗江天文觀測站2.4米望遠(yuǎn)鏡對變臉活動星系核NGC?4151進(jìn)行長達(dá)7個月的反響映射觀測，觀測結(jié)果表明其寬線區(qū)氣體云動力學(xué)狀態(tài)正在發(fā)生轉(zhuǎn)變。相關(guān)論文于8月31日在國際天文學(xué)期刊《天體物理學(xué)雜志》（The Astrophysical Journal）上發(fā)表。

　　速度展寬超過1000公里每秒的寬發(fā)射線是活動星系核獨一無二的特征，產(chǎn)生這種寬發(fā)射線的位置被稱為寬線區(qū)。一般認(rèn)為寬線區(qū)由不連續(xù)的氣體云組成，這些氣體云距離中心超大質(zhì)量黑洞非常近，在黑洞強大的引力束縛下高速運動，從而產(chǎn)生寬發(fā)射線。因此，研究寬線區(qū)的動力學(xué)性質(zhì)對測量中心黑洞質(zhì)量和認(rèn)識活動星系核內(nèi)部物理過程有重要意義。

　　反響映射技術(shù)是目前測量活動星系核寬線區(qū)結(jié)構(gòu)和動力學(xué)性質(zhì)最有效的方法，該方法基于光致電離模型巧妙地將空間分辨率轉(zhuǎn)換成時間分辨率，通過連續(xù)幾個月的光譜監(jiān)測即可精確測量寬線區(qū)的大小。高質(zhì)量的反響映射觀測數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步提供不同速度氣體云的尺度，從而幫助我們反演出整個寬線區(qū)的動力學(xué)性質(zhì)，這種方法被稱為速度分解的反響映射技術(shù)。迄今為止，僅有30多個活動星系核有過寬線區(qū)動力學(xué)測量報道，其中大多數(shù)僅有一次測量結(jié)果。單次測量極大地限制了我們對寬線區(qū)動力學(xué)的演化過程的研究，特別是吸積盤強大輻射壓力變化對它的影響。

　　NGC?4151是最早發(fā)現(xiàn)的6個賽弗特星系中的一個，也是地面看到最亮的活動星系核之一，在過去30多年有過兩次速度分解的反響映射觀測結(jié)果。李莎莎等人通過收集它的歷史光變曲線發(fā)現(xiàn)其光變非常劇烈（圖1），表明這個源是研究寬線區(qū)動力學(xué)演化的理想目標(biāo)。經(jīng)過7個月的觀測和仔細(xì)分析觀測數(shù)據(jù)，研究人員成功獲得多條發(fā)射線的反響映射觀測結(jié)果。結(jié)果表明NGC?4151中心的黑洞質(zhì)量大約為4千萬倍太陽質(zhì)量，與其他方法測量結(jié)果幾乎一致。它寬線區(qū)存在電離分層現(xiàn)象，動力學(xué)狀態(tài)包含維里化和內(nèi)流兩種成分（圖2），表明寬線區(qū)氣體云正繞黑洞旋轉(zhuǎn)下落。結(jié)合歷史測量結(jié)果發(fā)現(xiàn)這個源的寬線區(qū)正由維里運動向內(nèi)流轉(zhuǎn)變，這為寬線區(qū)動力學(xué)演化提供了重要證據(jù)。其中值得注意的一點是這個源正處于歷史第二劇烈的爆發(fā)階段（圖1），其光度正發(fā)生劇烈變化，因此，研究人員猜測寬線區(qū)動力學(xué)狀態(tài)的變化可能與輻射壓力的改變有關(guān)。他們計劃在未來繼續(xù)對NGC?4151進(jìn)行反響映射監(jiān)測，以期獲得寬線區(qū)動力學(xué)性質(zhì)與輻射壓力更詳細(xì)的關(guān)系。

　　該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院天文學(xué)聯(lián)合基金、中國載人航天工程巡天空間望遠(yuǎn)鏡專項科學(xué)研究經(jīng)費支持。

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　　論文鏈接

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圖1：NGC 4151的長期光變曲線

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圖2：NGC 4151速度分解的反響映射測量結(jié)果