高光度类星体外流的观测研究

Understanding the formation and evolution of galaxies and their central supermassive black holes is one of the key topics of modern astrophysics. Current galaxy evolution models routinely invoke quasar feedback as their crucial ingredients, but observational evidence remains scarce. Our ultimate goal is to provide concrete observational foundations for this quasar feedback hypothesis by systematically investigating galaxy-wide outflows from radio-quiet/weak, luminous quasars. We will obtain integral field unit spectroscopy of non-radio-loud, luminous, red quasars at intermediate redshift, and compare the spatial scale, morphology, energetics and kinematics of their outflows to the predictions of theoretical models. Moreover, in view of the fact that both quasar activity and star formation peak at z=2-3, we will push this study to high redshift by examining extremely red quasars, whose unusual features indicate dusty, energetic, galaxy-wide outflows, as an experimental extension of the intermediate-redshift project. In parallel, we will analyze the broad absorption UV lines of a large quasar sample from SDSS and conduct a statistical study of their outflows at different spatial scales, so that these complementary techniques and perspectives provide a panoramic view of quasar outflows.

星系与超大质量黑洞的形成和演化是天文学的核心课题之一。主流星系演化模型将类星体反馈作为基本要素，但相应的观测基础仍较薄弱。本项目以系统考查射电宁静/暗弱高光度类星体在星系尺度上驱动的外流为主体思路，旨在为理论模型所需的类星体反馈机制提供切实的观测基础。鉴于红化类星体很可能处于理论预言的外流活动高峰期，我们将用积分场光谱技术观测中红移处具有上述特征的红化类星体，考察其外流的尺度、形态、能量和动力学，了解其是否足以产生符合理论预期的剧烈反馈作用。同时，考虑到类星体和星系活动在红移2-3处达到高峰，我们计划将该研究推进到高红移的极红类星体（已发现其中存在富含尘埃的星系尺度外流的迹象），作为中红移课题的探索性延伸。此外，我们将通过证认紫外波段的宽吸收线，对SDSS数据库中类星体外流的不同空间尺度进行大样本统计分析，开展多角度、多尺度的综合研究，以期对类星体外流的属性获得较全面的认识。

本项目按照计划，顺利完成了所设定的多层面、多角度、多手段考查活动星系发聩作用这一总体研究目标，在国际主流期刊共发表论文10篇（另有2篇在审）。主要成果包括：（1）针对目前类星体外流研究总体上局限于个源、因而缺少有效的统计意义的现状，提出考查宽吸收线类星体光变的统计性质的新方法，对SDSS巡天中915个宽吸收线类星体展开了大样本统计分析，推算出宽吸收线类星体外流普遍存在于数十pc尺度上（发表于Nature Astronomy，并被该刊撰文介绍）；（2）综合利用SDSS巡天数据库中的72次观测，详细分析了红移2的类星体SDSS J141955.26+522741.1的宽吸收线光变，并首次在实测数据中探测到理论所预言的探测曲线突变特征，这一特征可以直接用来获得复合时标，后者直接与外流的尺度、动能等物理属性相联系，对于确定类星体反馈具有明显的科学价值。作为用电离-复合时标方法测定外流属性合理性的关键性证据，这一发现使我们提出的这套新方法逐步臻于完善。（发表于ApJ Letters）；（3）针对一类特殊谱型的类星体，提出了外流尺度估计的新方法，考查了三个最典型的个体，估算出外流尺度约为3-26 pc，从而为外流空间尺度难题提供了有益的补充手段。（发表于ApJ）；（4）探讨了喷流在星系团尺度上的效应，分析了ORELSE巡天所探测的50个延展射电活动星系核所构成的样本（z=0.55-1.35），发现这些射电展源在高密度环境中比在低密度环境中形态更加致密。因此，星系团中心区域的高密度团内气体在限制射电喷流的空间延展程度上有重要作用。（发表于ApJ）。