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自从远古时期，人类就开始仰望星空，从畏惧、迷信到科学，我们的伟大祖先一步一步地试图揭开壮美星空的神秘面纱。 然而星空给我们的美丽财富是无尽的，时至今日，我们仍能从其中发现不少惊喜，并愈来愈为其生动所吸引。 从天文爱好者到研究所，从使用小型望远镜的非专业活动（当然有我们青天会在静园的例行观测啦~~~）到动用大型望远镜的专业团队研究，都在探索星空的路上给予我们种种感动和兴奋，也惠及我们的日常生活。  图1 类星体J0100+2802的部分光谱（Wu et al. 2015） 2015年，北京大学科维理天文与天体物理研究所的吴学兵老师带领的团队发现了一个红移为6.3的明亮类星体（红移通常表明了星体和我们之间的相对退行速度，也通常表明了和我们的距离，这个值越大，星体离我们越远）。通过对这一星体的观测，科维理研究所的王然老师等人对高红移处明亮类星体的性质进行了研究，并于2016年10月在Astrophysical Journal上发表文章《Probing the interstellar medium and star formation of the Most Luminous Quasar at z=6.3》（对红移为6.3的明亮类星体的星际介质和恒星形成的观测），展示了他们的研究成果。 该工作观测了该类星体碳原子和一氧化碳分子的谱线以及部分连续谱，观测工作由位于阿尔卑斯的de Bure高原干涉仪（PdBI）、位于美国新墨西哥州的甚大天线阵（VLA）和位于夏威夷莫纳克亚山的麦克斯韦望远镜（JCMT）共同完成。 通过对连续谱的拟合与前人得到的星系红外光度和恒星形成率的经验关系，该团队得到了星系的远红外光度和恒星形成率的上限。 我们知道，普通恒星发射出的辐射主要是近似的黑体辐射，而类星体的光谱则是幂率谱，即辐射流量随波长或频率的某一固定次方（称为谱指数）变化。该团队通过对两个不同波段的光谱进行处理，得到了两个截然不同的谱指数。对于这一结果，他们认为还需要后续观测来进一步地研究。 通过对CII谱线的辐射量进行测量，我们还能对光致电离区的原子气体质量进行估计。CII谱线是经过一次电离的碳原子（即C+离子）产生的发射线。在其他条件相同的情况下，CII线的强度和C+离子的数量有明显的相关关系，因此我们可以估计这种离子在电离区中的数量。再结合元素丰度的模型，我们就能大概知道电离区中所有原子气体的总质量。  图2 高红移、黑洞质量较大的类星体和近邻星系的黑洞质量—核球质量对比图（from Wang el al. 2016） 谱线的强度并不是它所包含的唯一信息。真实的谱线一般都具有一定的宽度。从理论上讲，量子力学效应、粒子碰撞和多普勒效应都有可能导致这样的展宽。而这个类星体的CII线的展宽主要是因多普勒效应而形成。由于发射CII线的物质围绕星系中心旋转，其不同部分的绕转速度在我们视线方向上的投影值大小不同，由多普勒效应的结论可知，其谱线中心波长也不同。这些中心波长不同的“小谱线”叠加起来，就形成了我们实际观测到的、具有一定宽度的谱线。通过对这些谱线的宽度进行测量，并且假设CII发射线区的绕转遵循一定的规律（开普勒第三定律），我们就能够知道为这些绕转物质提供向心力的东西—星系核球—具有多少质量。有趣的一点是，和离我们更近的具有较大黑洞质量的、高红移的类星体（大于10的9次方倍太阳质量）相比，这个类星体，它们的黑洞质量与核球质量的比值更大一些。这表明在宇宙早期，类星体中黑洞的生长速度可能比他们的寄主星系要快一些。 文 | 张昊文 张文军 参考文献 R. Wang et al. 2016, arXiv: 1606.09634v1 Wu, X.-B., Wang, F., Fan, X. et al. 2015, Nature, 518, 512 |
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