上海天文台在搜寻研究特殊类星体方面取得进展

 

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、射电天体测量与天球参考系团组、射电天文研究与技术创新中心团组组成的联合研究团队，在基于之前利用天体测量数据筛选奇异类星体样本的工作上，进一步挑选出2例双活动星系核候选体以及56例透镜类星体候选体，为利用欧空局盖亚（Gaia）卫星的天体测量数据搜寻并研究双活动星系核以及透镜类星体开拓了新的思路。相关研究成果发表在《皇家天文学会月报》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）上。

根据层级并合模型，双活动星系核是超大质量双黑洞系统演化的早期阶段，搜寻和认证不同尺度的双活动星系核样本，对于天文学家理解超大质量双黑洞的形成和演化具有重要的意义。与双活动星系核样本在空间上容易混淆的还有透镜类星体样本，它是类星体由于前景星系的强引力透镜效应形成的多重像，对此类样本的深入研究有助于天文学家更好地理解吸积盘和宽线区的几何结构，也可以推测透镜星系内暗物质晕的性质，甚至可以用多重像的时间延迟去限制哈勃常数，探索宇宙暗能量。然而迄今为止，观测到的双活动星系核系统却远小于理论预言的数目，透镜类星体系统也只发现了400-500例左右，理论预言的数目和观测不匹配的问题，仍有待解决。此外，类星体和恒星在天球上的投影重叠也干扰了搜寻双活动星系核和透镜类星体样本的有效性。

由上海天文台研究人员组成的研究团队对Gaia中的类星体样本进行了深入分析，首次提出类星体的光学结构是影响参考架稳定性和精度的重要因素。此前，针对斯隆数字巡天SDSS DR16发布的数十万颗光谱认证的类星体，研究团队提出了一系列利用天体测量数据筛选奇异类星体的新方法，该工作由上海天文台射电天体测量与天球参考系团组牵头，相关成果已于2022年3月7日发表在《天文学与空间科学前沿》（Frontiers in Astronomy and Space Sciences）上（SQUAB I, paper I）[2]。在这一成果的研究基础上，在本次研究中，科研人员结合多种光学证认方式，对奇特类星体星表中SDSS DR16 类星体样本中的1角秒范围内有多个Gaia 探测的源作进一步分类。通过分析SDSS 的光谱的发射线轮廓的特征，研究人员发现了两个双活动星系核候选体：其中一个源[OIII]呈现双峰轮廓，另一个源其Hbeta宽线相对于[OIII]窄线发生了明显的偏移。研究人员也利用同一个系统不同Gaia 探测之间的颜色差异，挑选出一批新的透镜类星体的候选体，并匹配了样本中哈勃空间望远镜（HST）的观测记录。HST的高分辨率图像清晰地表明这些源都呈现双核或多核特征，与相关研究的对比结果也进一步支持了团队的分类方法（图1）。下一步，研究人员将结合射电高分辨率VLBI观测来对目标样本进行进一步的研究，从分辨率为毫角秒量级的图像上来对奇特类星体的分类特征进行深度分析。

论文合作者廖石龙副研究员表示，Gaia高精度天体测量数据能够提供全天范围0.2角秒级别的多重像分辨能力，以及恒星运动的自行视差分辨能力，而这些能力可以用来搜寻天球中不动的类星体，这些目标也构成了空间参考架，但是这些数据中的一部分类星体（包括投影的类星体-恒星对，也包括双活动星系核和引力透镜类星体）由于天测参数异常而不适合作为时空参考架基准。

论文第一作者、上海天文台博士后吉祥指出，[OIII]窄线的双峰轮廓以及宽线相对于[OIII]窄线有明显的偏移都被认为是双活动星系核可能的特征，考虑到这两个SDSS证认的活动星系核源均在1角秒尺度内匹配到两个Gaia探测，因此研究人员认为它们都是双活动星系核候选体；对透镜类星体而言，它的多重像一般都有相同的颜色（不考虑透镜星系的影响），基于样本中已被汇报的透镜类星体样本的颜色差异分布，研究人员又挑选出一批新的透镜类星体的候选体。

论文合作者齐朝祥研究员指出，欧空局Gaia项目与中国空间站的巡天空间望远镜（CSST）项目可相互支撑，随着Gaia DR3等后续数据的发布，研究人员一方面可以利用Gaia 高精度天体测量数据对类星体天测质量进行评估，为CSST极深参考架构建提供候选体做参考；另一方面也可利用Gaia系统性地搜寻双活动星系核以及透镜类星体系统，为未来利用CSST发现更多这样的系统提供了科学帮助。

论文通讯作者郑振亚研究员表示，本次研究基于Gaia卫星的高精度天体测量数据，系统性开展搜寻研究双活动星系核样本和透镜类星体样本，这也为未来利用我国的巡天空间望远镜（CSST）开展类似搜寻工作，以及对超大质量双黑洞、透镜星系中暗物质分布、宇宙哈勃常数等的相关研究做好准备。

本项目得到了国家自然科学基金、上海市自然科学基金、中国科学院青年创新促进会以及中国空间站巡天空间望远镜项目的支持。

图1，样本中已有的哈勃观测图像。图中也对比了我们的工作以及相关的研究对这些源的分类结果。其中LQs 表示透镜类星体，DQs 表示双活动星系核，quasar-star 表示类星体-恒星对。