当前国际天文界的一个发展趋势是,“时域天文学时代”的来临。通俗地讲,时域天文学就好比是给宇宙拍摄穹顶电影,连续地观察动态的宇宙和变化的天体。国内外天文学家正在建设和布局从X-ray波段到光学红外波段的大中型时域观测设备。例如,在光学波段,美国正在智利建造8.4米直径的大视场光学测光巡天望远镜LSST。
我国几所大学也在建造和规划大视场光学测光巡天望远镜,中国科学院正在推进“司天工程”,它们将在各自独有的巡天参数空间内发挥优势作用。
活动星系核(AGN)是位于星系中心的超大质量黑洞的吸积活动现象。高光度的AGN叫做类星体,而类星体的“低光度兄弟/姐妹”叫做赛弗特(Seyfert)星系。超大质量黑洞的吸积活动,形象地说就是“进食”。胃口大的时候,就是高光度的;胃口小的时候,就是低光度的。它们的胃口大小,取决于一种叫做“吸积盘”的结构。而吸积盘的结构由谁决定、结构如何随时间变化,一直是未解之谜。
最近,中国科学院云南天文台刘文娟博士领导的一个国际合作项目在活动星系核大幅度光变研究中取得了系统性的新发现。
该团队基于目前最完备的低红移“变脸活动星系核”样本,包括团队自己利用位于智利的6.5米光学望远镜证认的6个大变幅低质量活动星系核,以及国际AGN界几十年来在宽发射线反响映射测量中积累的大变幅近邻活动星系核,确定无疑地发现:在近邻宇宙中,相比于一般的AGN,变脸AGN和大变幅AGN普遍地分布在颜色偏红、年龄偏老、恒星形成活动性偏低的宿主星系中。这些变脸和大变幅的近邻AGN,主要是Seyfert星系。
因此,它们并不是像过去很多研究者所倾向于认为的:变脸AGN之所以倾向于年老的红星系,是由于它们是LINER,因此变脸AGN与一般AGN在宿主星系上的区别是业界所习知的“LINER怼Seyfert”差异。刘文娟团队的这个发现表明:变脸Seyfert星系是位于普通Seyfert星系族群中的红端,即气体贫乏的Seyfert星系。
该论文的第二个观测发现是:较大红移的、高光度的变脸AGN却与近邻较低光度的变脸AGN不同,变脸类星体的宿主星系的倾向于颜色偏蓝、恒星形成活跃,就是说它们含有丰富的冷气体。基于以上观测事实,作者们提出理论解释。其一,这些变脸Seyfert处于核区燃料供给的饥荒模式,AGN的大幅度光变是由变化的核区冷气体所决定的。
在这种饥荒模式下,稀薄的热气体流中能随机地形成一些冷气体团块,因此导致阵发性的吸积率变大。其二,高光度的变脸AGN则有不同的光变特征。从文献中的类星体样本统计结果来看,类星体光变在时间轴上没有任何阶段表现出缓变的特征,光变幅度呈现出连续的分布;因此,CLQ和EVQ的大幅度光变只是处于光变幅度分布的高端。
如果外边界条件是冷气体贫乏的,那么大致上AGN没有尘埃环,没有传统意义的吸积盘,只是球状的热气体吸积,吸积效率很低,但是热吸积流会自发地、随机地产生冷气体团块,当这种冷团块能被中心黑洞俘获时,一段时间内就胃口大增,大变幅Seyfert就属于这一类。如果外边界条件是冷气体极其丰富的,那就好比“大胃王争霸赛”的情形,那么吸积流就是非常厚的,基本上就不能看作是吸积“盘”了。
如果外边界条件介于这两种情形之间,那也许就存在稳态吸积盘模型喽,比如标准薄盘、Slim盘,对应于不显著光变的Seyfert和类星体。
该论文的另一位合作者、现在德国马普射电天文研究所工作的姚苏博士表示,考虑到X射线直接来源于离黑洞最近的气体的辐射,而且X射线光变往往比光学连续谱更显著,那么后续的X射线研究或许能够进一步刻画:不同燃料供给模式下最内区吸积流的变化,也就是在黑洞喉咙处观察它的吞咽动作。