上海天文台科研团队在类星体的多波段光变分析中取得重要进展
近日，由中国科学院上海天文台早期宇宙与高红移星系团组郑振亚研究员领衔，联合中国科学技术大学、中山大学与中国科学院云南天文台组成的科研团队，在活动星系核（Active Galactic Nuclei,AGNs）研究领域取得重要进展。研究团队基于北京大学吴学兵教授团队发布的百万类星体星表[1]，对四颗在可见光和红外巡天望远镜（Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy,VISTA）的VVV/VVVX时域巡天的近红外波段（Ks-band）呈现高光变的类星体展开了多波段“追踪”，成功获取了其从可见光到近红外到中红外的光变信息。这项多波段联合分析，为探索类星体核心区域的尘埃结构提供了机会，有望揭示其尺度、分布等关键性质，从而为完善活动星系核的“统一模型”提供关键性的观测证据。目前，该项研究成果已正式发表于国际天文学术期刊《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal）。
类星体（Quasars）是宇宙中一类极为明亮的活动星系核，其典型特征包括明亮的点状形态和显著的亮度变化。这类光变特性使得科学家能够运用反响映射技术（Reverberation mapping,RM），追溯其中心辐射的传播过程，进而揭示黑洞邻近区域的物质结构。理论上，结合光学、近红外与中红外波段的反响映射观测，能够为研究提供更为全面的视角。
本研究以具有VVV/VVVX时域巡天的近红外观测数据为先决条件，对3颗高光变类星体开展了光学（Pan-STARRS，ZTF）、近红外（VISTA-VVV/VVVX）和中红外（WISE）的时延分析（图1）。然后基于该时延测量结果和尘埃粒子的典型升华温度，研究人员进一步通过石墨和硅酸盐升华半径的理论公式[2,3]，推算出尘埃环中石墨与硅酸盐颗粒的比尺寸比约为0.4。该结果表明，在尘埃环中，小尺寸的石墨颗粒主导了近红外波段的辐射，而较大尺寸的硅酸盐颗粒则主要贡献于中红外辐射。
图1 目标源VVV J1834-2925（顶部）、VVV J1833-2731（中部）和VVV J1845-2426（底部）的光变曲线（左）和ICCF结果（右）。右上角的CCF分析结果分别对应于光学-近红外和近红外-中红外的相关性。所有其他CCF代表光学-近红外和光学-中红外的相关性。在右侧面板中，橙色线表示CCCD，CCF结果显示为黑色。
研究团队对样本中最亮的类星体 VVV J1845-2426 展开了详细分析。结合丽江2.4米光学望远镜的光谱观测数据（图2），研究人员测得该类星体的红移约为 z = 0.25，并估算出其中心黑洞质量约为log10(MBH/Msun)=8.6±0.1。通过进一步的多波段光谱能量分布（SED）拟合（图3），研究人员还在该源中发现了极性尘埃存在的迹象。
图2 VVV J1845-2426的光谱（丽江2.4m光学望远镜）拟合结果。在顶部面板中，光谱（黑线）被分解为幂律谱（橙色线）、Fe II（青色线）和发射线（蓝色线）。发射线包括宽（红线）和窄（绿线）分量。中间面板展示了光谱和拟合模型之间的残差。下面板分别展示了Hα 、Hβ 和 Hγ发射线的拟合结果。
图3 使用AGN模板[4]（本征模板：黑色实线，温尘埃缺乏模板[4]：黑色点线，热尘埃缺乏模板[4]：黑色虚线）和极性发射分量[5]（绿色线）拟合VVV J1845-2426的结果。最佳拟合模板（红色线）是温尘埃缺乏的AGN模板和极地尘埃分量的组合。
论文第一作者，博士研究生龙琳表示：“本研究通过分析活动星系核的多波段联合光变，成功捕捉到了尘埃在不同波段响应中心辐射的‘回声’，并据此估算出尘埃环中两种主要成分的尺寸比例。这有助于我们理解活动星系核周边尘埃的分布与性质。”
论文的通讯作者郑振亚研究员进一步表示：“尽管时域天文学近年来发展迅速，目前覆盖上述多波段的综合研究仍然较少，导致相关样本规模远小于仅针对光学–近红外或光学–中红外波段的观测分析。为突破这一局限，有必要系统整合光学、近红外与中红外观测数据，以识别更多在多波段均表现出强光变的活动星系核，从而显著扩展反响映射研究的样本基础。值得期待的是，随着维拉·鲁宾天文台（Rubin Observatory）以及SPHEREx空间望远镜相继投入科学运行，它们将为活动星系核的尘埃反响映射研究带来全新的观测机遇。”
该工作得到了科技部重点研发专项、中智天文合作项目和中国空间站项目等项目的支持。
论文链接：https://doi.org/10.3847/1538-4357/ae1b95
参考文献：
科学联系人：
龙琳，中国科学院上海天文台，longlin@shao.ac.cn
郑振亚，中国科学院上海天文台，zhengzy@shao.ac.cn
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