上海天文台利用VLBI揭秘早期宇宙中的类星体,上海天文台发现Blazar天体喷流的长期视向内运动

澳门新葡萄京997755 ,活动星系核,即活动星系的核心。普遍认为普通星系与活动星系的中心都存在质量在百万个太阳质量以上的大质量黑洞,两者的差异主要是普通星系的中心黑洞周围并没有太多物质供它消耗,所以普通星系中心的发光强度远低于活动星系。喷流是活动星系核的重要组成部分,是自中心超大质量黑洞处激发的运动速度接近光速的相对论性等离子体流。喷流的尺度可达数百万秒差距(1秒差距=3.26光年,1光年=94605亿千米)。根据活动星系核的统一模型,当喷流近乎正对观测者时,该活动星系核将呈现为一个耀变体,其辐射由喷流主导。

类星体,由于在光学上看起来像恒星一样明亮而得名,其实它既非恒星,也非星系,而是一类活动星系核,它的中心被认为存在着千万倍太阳质量以上的超大质量黑洞。超高红移意味着十分遥远的过去,红移大于5的区域对应的宇宙年龄只有十亿年左右。探测高红移类星体的辐射性质是研究宇宙早期天体演化的重要途径。由于红移越高相应的视亮度和视尺寸都会变得很小,目前通过射电望远镜观测到的红移大于5的类星体仅有10颗左右,这些天体为我们提供了为数不多的来自宇宙早期的射电信息。对于这类既特殊又罕见的天体,射电甚长基线干涉技术的高空间分辨率使其成为很好的观测手段。

近期,中国科学院上海天文台2009届的博士研究生赵光耀与上海天文台研究员陈永军、沈志强等发现了blazar天体的一个罕见现象,具体来说,标号为3C
66A的blazar天体的喷流内区出现了长期的视向内运动。这预示着该天体的中心黑洞附近的光深(描述环境的不透明度,或者光在传输路径上被吸收或散射的几率)可能发生了变化,对此前提出的解释该天体存在视向内运动的理论提出了挑战。目前该工作已经发表在2015年的国际核心期刊《天文学期刊》(Zhao
et al., 2015, AJ, 149, 46)。

甚长基线干涉技术在射电观测中应用十分广泛,它通过利用多个位于不同地点的射电望远镜同时观测一颗源,并将每个台站的数据进行相关处理来得到更高分辨率的图像。通常在VLBI观测中,将每两个观测台站视为一条基线,基线的距离越长,基线数目越多,所得到的VLBI图像的分辨率便越高。如今,美国、欧洲、亚洲均已建成基线达数千公里的射电VLBI观测网络,这使得科研人员能够得到射电源在毫角秒量级的高分辨率下的图像,从而研究更远天体、更接近其中央黑洞和吸积盘区域的射电辐射性质。近日,中国科学院上海天文台研究员安涛领导的国际科研团队在对超高红移类星体的调研中,重点研究了类星体CGRaBS
J0906+6930,发现它是一颗距离我们遥远而且在射电波段明亮的耀变体,距离地球约有110亿光年,处在只有宇宙当前年龄约十分之一的极早期。它在2004年首次被VLBI发现,是目前红移大于5的宇宙中射电亮度最高的类星体。该研究团队于2015年首先利用东亚地区的VLBI网对这颗遥远的类星体进行了试观测,验证了它在22GHz频率上致密结构适合VLBI观测,然后分析了该天体的历史VLBI数据和单天线流量监测数据,对它的射电性质进行了详细研究。目前,该工作已经被国际学术期刊《皇家天文学会月刊》(Monthly
Notices of the Royal Astronomical Society
)接收。

据赵光耀介绍,在VLBI观测的分辨率下(可以分辨的最小尺度达秒差距),尺度达数百万秒差距的喷流的延展辐射就被分解了,只有靠近中心黑洞处的致密喷流可以被观测到。此时blazar天体将呈现出一个致密的核区加数个喷流成份的形态。其中,核区定义为喷流上由光学厚变为光学薄的区域。

耀变体是一类喷流朝向我们发射的类星体。“这样的天体看上去会更加明亮,同时具有强烈的光变。通过对射电结构和射电谱的分析,我们认为J0906+6930有可能是一颗相当年轻的类星体。值得一提的是,这次观测是东亚VLBI网首次开展高红移射电类星体的观测项目。”文章第一作者、来自上海天文台的博士研究生张迎康说。

陈永军介绍,“其实,前人对于AGN喷流成份自行的统计工作也发现了少数成份的视向内运动。对于这类运动最流行的解释是此时核区有一个快速向外运动的新成份产生,而由于该成份初始时离核区较近,当前观测的分辨率不足以将其与核区分开。所以该新成份的向外运动,就会导致观测到的“核区”位置向外移动接近其它的喷流成份,即其它成份‘看起来’朝向核区运动了。”

“早期宇宙中超大质量黑洞的形成机制是星系研究领域里一个充满争论的话题,观测到高红移射电噪类星体意味着在宇宙再电离发生不久就已经存在超大黑洞并产生显著的电磁辐射”,安涛谈到,“J0906+6930具有最高的射电亮度和致密喷流结构,这使得它成为研究宇宙早期活动星系核和黑洞演化的绝佳观测对象。”

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