发射线轮廓不对称活动星系核的宽线区研究

The origin and nature of the active galactic nuclei (AGNs) with asymmetric emission-line profiles are far from fully understood. Systematically studying the geometry and kinematics of their broad-line regions (BLRs) are highly demanded. This project aims to break the degeneracy of the emission-line profiles by using the velocity-resolved reverberation mapping technique, and obtain the BLR geometry and kinematics of those special objects. We plan to investigate the origin of the asymmetric profiles and their influences to the mass measurements of the supermassive black holes (SMBHs). As the "laboratory" for the extreme BLR kinematics (e.g., fast outflow or inflow), we can study those dynamics in detail. It provides opportunities for studying the general properties and physics of the BLRs, and improving the accuracy of the mass measurements of SMBHs in AGNs.

发射线轮廓不对称活动星系核的物理与起源至今仍远没有定论，对其宽线区的具体几何与动力学缺乏系统研究。本项目计划利用速度分解的反响映射方法，从时域上打破发射线轮廓的简并性，解明这些特殊源宽线区的细致几何与动力学，研究发射线不对称性的具体起因及对中心黑洞质量测量的影响。并借助这些特殊源作为实验平台，研究宽线区的极端动力学过程（如外流、内流），为最终研究宽线区普遍规律、提高黑洞质量测量精度提供基础性的研究资料。

活动星系核（Active Galactic Nuclei: AGN）常常显示出高度不对称的宽发射线轮廓，然而其不对称性的具体机制和物理起源尚待解决，通常仅是定性地认为与宽线区（Broad-Line Region: BLR）内流/外流、遮挡或吸收等有关。反响映射（Reverberation Mapping: RM）是目前测量AGN中心宽线区几何与动力学的最有效方法，也是解答上述问题的强有力工具。本项目结合观测和理论，目的是理解发射线不对称AGN背后的物理。我们获得了一系列有重要意义的结果，包括：（1）利用分布全球的数台2米级望远镜（美国Wyoming大学2.3米等）对一批发射线轮廓不对称AGN进行了RM监测，系统地测量了它们宽线区的动力学，发现发射线的红/蓝不对称性与宽线区内流/外流/维里化运动没有直接一一对应关系，意味着发射线轮廓与宽线区动力学并不是强关联的，更多受消光、遮挡等因素主导；（2）提出盘状宽线区中可能存在密度波，并从第一性原理出发，利用密度波理论详细计算了宽线区中旋臂产生的观测特征，包括发射线轮廓、速度分解延迟、二维响应函数及干涉相位曲线，发现该模型可以很好的重现RM均方根谱的不对称发射线轮廓，并可以统一解释许多重要的观测现象；（3）宽线区尺度-连续谱光度（R-L）关系是AGN领域中最重要的基础性关系，通常用于大样本黑洞质量估计，我们通过引入FeII发射线相对Hbeta的流量比作为吸积率的指示器，建立了新的标度关系，相较于R-L关系显著提高了精度，有望在业已揭开序幕的JWST时代对高红移类星体黑洞质量估计中扮演重要作用，该工作获得了2022年度IOP出版社和美国天文学会共同颁发的高引用论文奖（前1%）；（4）通过光致电离模型系统计算了宽线区密度对RM观测特征的影响，预言了稀薄宽线区会显示出反常RM响应（发射线和连续谱反相关），对理解R-L关系的弥散、弱发射线类星体的物理机制有重要作用。这一系列研究结果大大加深了我们对宽线区物理的理解，对未来AGN中心黑洞质量高精度测量、类星体宇宙学测距等也有重要的意义。