中國科學技術大學天文學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，推翻了該領域的傳統(tǒng)認識，他們進一步發(fā)現(xiàn)類星體的平均極紫外能譜遠比經(jīng)典吸積盤理論預期更軟，對經(jīng)典吸積盤輻射模型給出了嚴重挑戰(zhàn)，有力地支持了具有普遍盤風的吸積模型。10月5日，相關成果以“A universal average spectral energy distribution for quasars from the optical to the extreme ultraviolet”為題的研究長文，在線發(fā)表于《自然·天文學》（Nature Astronomy）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“超級巨獸”。標準吸積盤理論表明，吸積盤產(chǎn)生著名的“大藍包”輻射特征，理論預期峰值在極紫外波段。中心黑洞質(zhì)量越大，理論預期吸積盤溫度越低，極紫外能譜越軟。觀測上發(fā)現(xiàn)，越亮的類星體（黑洞質(zhì)量越大）具有相對越弱的發(fā)射線（可由更軟的極紫外能譜解釋），即著名的Baldwin效應，也似與經(jīng)典吸積盤理論模型一致。

圖1.黑洞吸積盤示意圖/圖源:pixabay

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-極紫外能譜，該項研究利用地面SDSS和空間GALEX的觀測數(shù)據(jù)，控制極紫外探測不完備度的影響，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（圖2），還顯著挑戰(zhàn)了標準吸積盤理論預言。同時，作者給出了Baldwin效應的可能新物理起源：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。

圖2.研究發(fā)現(xiàn)類星體的極紫外能譜斜率（右坐標軸，空心數(shù)據(jù)點）與本征亮度無關，無法解釋Baldwin效應（左坐標軸，實心數(shù)據(jù)點）。

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，對標準吸積盤模型給出了進一步嚴重挑戰(zhàn)（圖3左）。這個超軟的、不依賴于本征亮度的極紫外能譜很好地契合具有盤風的吸積盤模型預言（圖3右），表明類星體中普遍存在盤風。

圖3. 類星體的本征光學-極紫外平均能譜（紅色數(shù)據(jù)點），比標準吸積盤預言顯著更軟（左圖），而與盤風模型預言相吻合（右圖）。

該項研究結(jié)果對深入理解大質(zhì)量黑洞吸積物理、黑洞質(zhì)量增長、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，中國巡天空間望遠鏡（CSST，http://nao.cas.cn/csst/）等具備紫外探測能力的衛(wèi)星項目將極大提升人們對類星體諸多物理本質(zhì)的認識。

該項研究得到科技部國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金委、雙一流建設青年創(chuàng)新重點基金、中國載人航天工程和唐仲英基金會等資助。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41550-023-02088-5

（物理學院、科研部）

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