超大质量黑洞研究 中国取得重大进展！

快科技 3 月 7 日消息，近期，国际著名天文专业期刊《天体物理杂志》在线发表了中国科学院云南天文台对于超大质量黑洞的最新研究成果。

本次工作利用斯隆数字巡天光谱数据，研究了大样本活动星系核黑洞维里质量测量中的维里系数、维里系数与吸积率的关系，并用来研究韦伯太空望远镜科学目标：宇宙早期超大质量黑洞的种子黑洞模型、第一代类星体、超大质量黑洞与宿主星系协同演化等问题。

据介绍，反响映射是一种从时域上测量活动星系核黑洞质量的有效方法，其衍生次级方法得到了广泛应用，如高红移类星体和大样本活动星系核超大质量黑洞研究。

这类测量的最大误差来源是维里系数，未知的维里系数导致系统误差多达 300% 甚至 400%。

因此，精确测量中心黑洞质量对研究宇宙早期超大质量黑洞、超大质量黑洞与宿主星系协同演化有重要意义。

研究人员利用斯隆数字巡天第七次数据发布（SDSS DR7），按照发射线不能有多个峰、在一个 σ 误差范围内、红向移动量和线宽都大于零等条件，选出单独有宽发射线 Hβ 或 Hα 的活动星系核各有 9000 多个，同时有 Hβ 和 Hα 的有 8000 多个。

由宽发射线的红向移动量和线宽测量维里系数 f，超过 96% 的源 f>1。

经过细致的数据相关分析，发现样本中的维里系数与黑洞无量纲吸积率正相关，宽发射线的红向移动主要是中心黑洞的引力红移。

这是维里系数与黑洞无量纲吸积率的关系图。 ( a ) Hβ：9185 AGNs， ( b ) Hα：9271 AGNs， ( c ) Hβ: 8169 AGNs ( Hβ∩Hα ) ， ( d ) Hα: 8169 AGNs ( Hβ∩Hα ) 。绿线：常用值 f =1.0。红线：最佳 bisector 拟合。蓝线：95% 的置信椭圆。Δf：拟合残差。二阶偏相关分析显示正相关置信度 >99.99%。

黑洞质量修正 f 后，样本中的高吸积率活动星系核比例降低了大约 100 倍，只有 0.3%，黑洞质量平均变大了一个数量级，爱丁顿比平均值降到了 0.01。

修正 f 后，113 个宇宙早期类星体（宇宙学红移从 ~6 到 ~8）从近爱丁顿吸积变成低吸积率源，黑洞质量变大 1 到 2 个数量级，平均值 ~1011 太阳质量，爱丁顿比平均值也降到了 0.01。

这些结果支持了宇宙早期超大质量黑洞的重种子黑洞模型，也使得解释宇宙早期超大质量黑洞的形成和增长更具有挑战性。

修正 f 前，在黑洞质量 MBH 和宿主星系核球恒星速度弥散图上，150 高吸积率活动星系核和类星体偏离了近邻宇宙的 MBH- 关系，黑洞质量修正 f 后，大致符合一个小样本近邻高吸积率活动星系核修正 f 后的 MBH- 关系。

这些结果为 MBH- 关系可能的红移演化提供了线索。宇宙早期类星体可能偏离了近邻宇宙的 MBH- 关系。

上图包括 62 个活动星系核 ( 实心圆点 ) ，88 个类星体 ( 空心正方形 ) 。黑色符号表示反响映射维里质量 MRM（f =1.0），彩色符号表示修正质量 fMRM。下方 4 条彩线表示各种近邻星系和活动星系核的 MBH- 关系，青线 ( dashed line ) 是近邻亮活动星系核的 MBH- 关系（Caglar et al. 2020）。上方的青线（dashed-dotted line）是向上移动一个数量级的原青线 ( dashed line ) 。

这些新发现有助于更好地理解活动星系核中心区域的基本物理过程、第一代类星体的吸积状态、宇宙早期超大质量黑洞的产生机制和演化路径。