云南天文台研究发现：燃料供给条件决定了活动星系核的大幅度光变现象
最近，中国科学院云南天文台高能天体物理研究团组刘文娟博士领导的一个国际合作项目在活动星系核大幅度光变研究中取得了系统性的新发现。这项成果以“Local Active Galactic Nuclei with Large Broad-Hα Variability Reside in Red Galaxies”为题，于7月1日发表在国际著名天文专业期刊《天体物理杂志》上。论文作者成员来自中科学云南天文台、智利大学、德国马普射电天文研究所、中科院国家天文台、广西大学。
该团队基于目前最完备的低红移“变脸活动星系核”样本（changing-look AGN），包括利用位于智利的6.5米光学望远镜证认的6个大变幅低质量活动星系核，以及国际AGN界几十年来在宽发射线反响映射测量中积累的大变幅近邻活动星系核，取得两个重要发现：（1）在近邻宇宙中，相比于一般的AGN，变脸AGN和大变幅AGN普遍地分布在颜色偏红、年龄偏老、恒星形成活动性偏低的宿主星系中（见图1）。这些变脸和大变幅的近邻AGN，主要是赛弗特（Seyfert）星系。这表明变脸Seyfert星系位于普通Seyfert星系族群中的红端，即气体贫乏的Seyfert星系；（2）较大红移的、高光度的变脸AGN（即变脸类星体[CLQ]）与近邻较低光度的变脸AGN（即上述变脸Seyfert）不同，它们的宿主星系倾向于颜色偏蓝、恒星形成活跃（位于恒星形成主序带SFMS），即气体丰富。
基于以上观测事实，论文提出如下理论解释：（1）这些变脸Seyfert处于核区燃料供给的饥荒模式（距离中心黑洞<1pc; nuclear famine mode），AGN的大幅度光变主要由变化的核区冷气体所决定。在这种饥荒模式下，稀薄的热气体流中随机地形成一些冷气体团块，导致阵发性的吸积率变大；这种冷团块形成和阵发性的吸积现象，已经在银心黑洞亚pc尺度的燃料供给过程的3维数值模拟中得到了验证。现有数值模拟的吸积率（或者说燃料供给率）上升阶段的时长、峰值持续的时长，和变脸Seyfert星系的光变曲线是一致的。在光变曲线上，这对应于一种长期缓变的光变特征。（2）高光度的变脸AGN和大变幅AGN（即大变幅类星体[EVQ]）则有不同的光变特征。从文献中的类星体样本（大致上是相对吸积率高的AGN）统计结果来看，那些类星体光变在时间轴上没有任何阶段表现出缓变特征，且光变幅度呈现出连续的分布。因此，CLQ和EVQ的大幅度光变只是光变幅度分布的高端。这种光变特征与本研究发现的CLQ宿主星系特征是一致的，其本质是核区冷气体极其充分的燃料供给模式（nuclear feast mode）。
另外，把上述大变幅Seyfert的结论应用于中等质量活动星系核（IMBH AGN；又称低质量AGN），论文提出：就光变选的IMBH AGN而言，它们的宿主星系应该比IMBH AGN总体样本偏红，因此研究界应该特意地把红星系作为光变监测对象（而不是像目前这样忽视了，甚至得到相反的结果）。
论文最后指出，本项研究触发了几个可进一步研究的方向，比如针对CLQ与变脸Seyfert的光变曲线特征的差异，研究人员提出这种差异取决于燃料供给模式，就是说本质因素不是变脸AGN的光度大小、而是两种供给模式；这种差异到底如何、理论解释是否正确，都值得进一步观测验证。
该研究得到了国家自然科学基金委以及中国科学院“西部之光”项目的资助。
图1. 星系的SFR--Mgal诊断图（恒星形成率--星系质量）。相比较于近邻Seyfert星系总体，变脸Seyfert以及大变幅Seyfert的宿主星系位于SFR低端（普遍位于图中黑色折线以下）。另外，较高光度的变脸类星体的宿主星系位于绿谷地带之上，处于恒星形成主序带。（取自Liu+2021ApJ的图7）