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公里每秒的寬發射線。寬發射線的輻射區稱為寬線區。寬線區中的氣體速度高，在中心吸積盤高能光子的光致電離作用下產生寬發射線。研究寬線區的結構和動力學性質可以幫助科學家測量中心超大質量黑洞的質量，并能夠揭示活動星系核內部的物理過程。而寬線區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的多條寬發射線存在顯著的分層現象，即不同發射線起源于寬線區中不同的半徑范圍。同時，研究發現，NGC 4151存在異常的“反呼吸效應”。
按照傳統理論，活動星系核亮度增加時，寬線區半徑應隨之擴展，導致寬發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現，NGC 4151寬線區的幾何結構和動力學性質在不到一年的時間尺度上發生了顯著變化。這種快速變化無法單純通過寬線區的不均勻分布、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動。
上述成果深化了科學家對寬線區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部結構提供了借鑒。后續，該團隊將結合高時間分辨率觀測數據，進一步分析寬線區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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