中国科学技术大学首先发现了恒星黑洞潮汐撕裂时光学铁发射线的滞后效应
中国科学技术大学天文系王廷贵教授的研究小组首次发现了黑洞潮汐星撕裂时光学铁发射线的滞后效应。 该论文于2021年1月28日在线发表在国际知名学术期刊《天体物理学杂志快报》上。
图1在活跃的银河核中发生的黑洞潮汐撕裂事件（TDE）。 （概念图，来自互联网）
超大质量黑洞通常存在于星系的中心。 当它们处于快速增生生长阶段时，它们表现为活跃的银河核（AGN）。 多组分混合铁发射线（FeII）是AGN紫外线和光谱的最重要特征之一。 观察表明，光学FeII强度与爱丁顿比具有良好的相关性，可以用作爱丁顿比的指标。 爱丁顿比是描述黑洞积聚系统和构造黑洞活动的主要序列关系的最重要的物理量之一。 但是，由于铁丝能级的复杂性，到目前为止人们对铁丝的产生机理和区域尚不清楚，这严重限制了我们对AGN的理解。
近年来蓬勃发展的时域调查还发现了许多与AGN不同的黑洞临时增生事件，称为黑洞潮汐撕裂星事件（TDE）。 如果在AGN中发生TDE（图1），则黑洞的积聚率将比一般AGN的逐月时间尺度大幅度变化，这为研究发射线对中心辐射的响应提供了极好的机会，然后了解AGN结构。 研究小组的先前工作是在PS16dtm和PS1-10adi等著名事件中检测到超强的尘环红外混响信号，并且在早期伴随着尘埃的升华过程，推测尘埃中的铁元素是释放成气态，然后产生观察到的增强的FeII辐射。
研究小组仔细分析了PS1-10adi在不同阶段的光谱，并首次发现光学FeII线对中心辐射的异常响应（TDE爆发前后的FeII响应具有不同的幂律指数，图2 ）。 在相同的中心光度下，爆炸后的FeII强度高于爆炸前的FeII强度，表明爆炸过程中产生的铁气量确实增加了。 当中心光度衰减至爆发前的水平时，FeII的强度不会返回爆发前的水平，而是高于爆发前的水平，这是一种滞后效应。 这种效果在许多领域都很普遍。 这是一种与路径有关的效果，即系统的状态不仅与当前系统的输入有关，而且由于过去输入过程的路径不同，其结果也不同。 例如，一块粘土放在手上，捏紧后不再施加力。 此时，可以将力视为与前一个力相同，但不再是以前的形状，并且不同的夹紧方法将获得不同的结果。 状态。 又例如，在给定的磁场中，取决于过去磁场的状态，磁体可能包含一个以上的可能磁矩。 即，即使磁场的状态改变，过去的磁场状态仍将影响磁体的当前磁矩。 在铁磁材料，铁电材料，橡胶管变形和形状记忆合金中可以看到磁滞现象。 但是这种作用是首先在活跃的银河核中发现的。 FeII线的磁滞效应可以解释为TDE中的FeII线源自刚刚从粉尘升华的气体。 其他常见的品系（例如Hβ品系）没有发现这种效果，并且在疫情爆发前后Hβ的反应是相同的。 因此，可以解释的是，FeII和Hβ的线比率可以用作爱丁顿比率的指标。
图2 TDE事件中铁发射线响应的磁滞效应的演示图
这项工作进一步证明了AGN中的TDE事件对于理解黑洞积聚系统具有重要的研究价值。 由中国科学技术大学和紫金山天文台联合建造的大视场望远镜（WFST）有望探测到大量此类事件，并有望大力推动这一领域的发展。 该论文的第一作者和共同通讯作者是天文学系的特聘副研究员何志成。 天文系副研究员姜宁和王廷贵教授是本文的共同通讯作者。 这项研究得到了中国科技大学青年创新重点基金，国家自然科学基金和科技部国家重点研发项目的支持。