没有什么能像看到一个星系的图像那样唤起一种存在主义的螺旋视角。乍一看，这些宏伟的建筑似乎相当宁静。但事实上，许多星系的中心是一个动荡的环境，其中包含一个活跃的超大质量黑洞。
围绕着这些密度令人难以理解的物体旋转的是气体和尘埃的吸积盘，这些吸积盘为黑洞提供了食物，并在电磁波谱中释放出大量的能量——从高能伽马射线和x射线，到可见光，再到红外线和无线电波。
研究吸积盘可以增强天文学家对黑洞及其宿主星系演化的理解。然而，大多数吸积盘由于其极端的距离和相对较小的尺寸而不可能直接成像。相反，天文学家使用从盘内发射的光谱来表征它的大小和行为。
使用这种方法，天文学家使用双子星北望远镜(国际双子星天文台的一半，由NSF的NOIRLab操作)首次探测到星系III Zw 002吸积盘的两条近红外发射线，对这些宏伟结构的大小提出了新的限制。
为了理解这些观测结果，让我们首先通过讨论什么是发射线以及它们告诉我们关于超大质量黑洞周围区域的信息来奠定一些基础。
当处于激发态的原子下降到较低的能级时，就会产生发射线，并在此过程中释放光。由于每个原子都有一组独特的能级，因此发出的光具有离散的波长，就像识别其来源的指纹一样。发射线通常在光谱中表现为细而尖锐的尖峰。
但是在吸积盘的旋涡中，被激发的气体受到超大质量黑洞的引力影响，以每秒数千公里的速度移动，发射线变宽，变成了更浅的峰值。这些线起源于吸积盘的区域被称为宽线区域。
如前所述，吸积盘很难直接成像，由于事件视界望远镜的高角度分辨率，只有两个源被成像。因此，在无法使用全球射电望远镜网络的情况下，天文学家如何知道超大质量黑洞周围何时存在圆盘?事实证明，吸积盘存在的证据可以在被称为双峰剖面的宽发射线的特定模式中找到。
因为圆盘在旋转，一边的气体远离观察者，而另一边的气体向观察者移动。这些相对运动分别将发射线拉伸和压缩到更长和更短的波长。结果是一条有两个不同峰的宽线，一个来自快速旋转的圆盘的两侧。
这种双峰分布是一种罕见的现象，因为它们的发生仅限于可以近正面观察到的源。在为数不多的观测源中，双峰出现在h - α和h - β谱线中，这两条氢原子的发射谱线出现在可见波长范围内。
这些线起源于超大质量黑洞附近宽线区域的内部区域，无法提供吸积盘整体大小的证据。但最近在近红外波段的观测发现了一个以前从未见过的外宽线区域。
Denimara Dias dos Santos是巴西国家科学研究院的博士生，也是这篇论文的第一作者，他与巴西Laboratório国家科学研究院Astrofísica的研究人员Alberto Rodriguez-Ardila、Swayamtrupta Panda和Murilo Marinello合作，首次在III Zw 002的宽线区域明确探测到两个近红外双峰剖面。
Paschen-alpha(氢)线起源于宽线区域的内部区域，O - I(中性氧)线起源于宽线区域的外围，这是一个以前从未观测到的区域。这是在近红外波段发现的第一个双峰轮廓，它们在双子座近红外光谱仪(GNIRS)的观测中意外出现。
2003年对III Zw 002的观测发现了一个吸积盘的证据，2012年的一项研究也发现了类似的结果。2021年，Rodriguez-Ardila和他的团队开始使用GNIRS进行近红外观测来补充这些发现，GNIRS能够一次观测整个近红外光谱(800-2500纳米)。
其他仪器需要用户在多个过滤器之间切换以覆盖相同的范围，这可能是耗时的，并且可能由于大气条件和校准在观测之间的变化而潜在地引入不确定性。
由于GNIRS能够在多个光波段同时进行观测，因此该团队能够捕获一个干净的，一致校准的光谱，其中显示了多个双峰剖面。罗德里格斯-阿迪拉说:“我们以前不知道III Zw 002有双峰，但当我们减少数据时，我们非常清楚地看到了双峰。”“事实上，我们多次减少数据，认为这可能是一个错误，但每次我们都看到同样令人兴奋的结果。”
这些观测结果不仅证实了理论上吸积盘的存在，而且提高了天文学家对宽线区域的理解。
Rodriguez-Ardila说:“这种双峰剖面的探测首次对一个区域的几何形状施加了严格的限制，否则就不可能解决这个问题。”“我们现在有了明确的证据，证明了一个活跃星系的进食过程和内部结构。”
通过将这些观测结果与现有的圆盘模型进行比较，研究小组能够提取出一些参数，为III Zw 002的超大质量黑洞和宽线区域提供更清晰的图像。
该模型表明，Paschen-alpha线的起始半径为16.77光日(从超大质量黑洞测量的光在一个地球日中的距离)，而O - I线的起始半径为18.86光日。它还预测了宽线区域的外半径为52.43光日。该模型还表明，III Zw 002的宽线区域相对于地球上的观测者有18度的倾角，其中心的超大质量黑洞是我们太阳质量的4 - 9亿倍。
罗德里格斯-阿迪拉说:“这一发现让我们对这个特殊星系中宽线区域的结构和行为有了有价值的了解，揭示了活跃星系中超大质量黑洞周围发生的迷人现象。”
在这一发现之后，Dias dos Santos, Rodriguez-Ardila, Panda和Marinello现在正在监测III Zw 002，因为它的吸积盘预计将遵循超大质量黑洞周围的进动模式。由于岁差导致蓝峰和红峰的强度不同，他们想看看曲线是如何随时间变化的。到目前为止，该模型与他们的观察结果保持一致。这些结果也开启了利用近红外探测来研究其他agn的可能性。
这项研究发表在《天体物理学杂志通讯》上。
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希望本篇文章《超大质量黑洞吸积盘边缘的首次观测》能对你有所帮助！
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