一種新的圖表說明了類星體多樣化背后的兩個(gè)物理特性，也就是黑洞反饋的效率以及系統(tǒng)的指向。
天文學(xué)家朝向了解類星體彼此不同的原因又邁進(jìn)了一步。類星體是最為強(qiáng)有力的活動(dòng)星系核，在吞噬氣體的特大質(zhì)量黑洞的驅(qū)動(dòng)下，在遠(yuǎn)方星系的中心噴出耀眼的光束。它們的可見光輻射來自兩個(gè)主要的源頭：黑洞周圍的高溫吸積盤，還有在軌道上運(yùn)行、被盤面輻射電離的鄰近氣體云。
每個(gè)類星體的云團(tuán)發(fā)出的光譜線往往彼此不同。這些譜線的面貌與黑洞周圍物理環(huán)境中發(fā)生的過程相關(guān)。但天文學(xué)家仍在嘗試將觀測到的結(jié)果與背后可能的物理原因聯(lián)系起來。
本質(zhì)上說，類星體研究者需要的是相當(dāng)于赫羅圖的圖表。赫羅圖描繪了恒星的顏色與光度，由此揭示出了恒星的年齡、溫度、質(zhì)量與尺度。在核心發(fā)生氫元素聚變的恒星處在名為主序的曲線上。赫羅圖是當(dāng)代恒星天文學(xué)家的基石。（我的一位教授曾經(jīng)沒完沒了地吟詠道：“你必須同赫羅圖融為一體?！保?/span>
來自卡內(nèi)基天文臺(tái)與北京大學(xué)的沈悅以及來自北京大學(xué)的何子山根據(jù)天文學(xué)界數(shù)十年的工作，又朝辨認(rèn)類星體主序邁進(jìn)了一步——雖然懷俄明大學(xué)的天文學(xué)家邁克爾·布拉澤頓（Michael Brotherton）打趣說，他們的主序看起來更像是“主楔”。
拉尼亞克亞超星系團(tuán)在超星系赤道面上的一個(gè)截面。（超星系赤道面是宇宙學(xué)坐標(biāo)系統(tǒng)中的一個(gè)參考平面，它穿過太陽、銀心以及室女星系團(tuán)的中心，幾乎與銀河系的銀道面垂直。）銀河系是圓圈標(biāo)出的區(qū)域中右側(cè)邊緣的小藍(lán)點(diǎn)（位于顏色偏紅的區(qū)域也就是室女星系團(tuán)之下）（圖片提供：ESO / M. Kornmesser）
兩人研究了斯隆數(shù)字巡天觀測的大約2萬個(gè)類星體。他們基于兩個(gè)觀測特性，為樣本分類。這兩個(gè)特性是氫Beta（Hβ）發(fā)射線的寬度以及一次電離鐵原子（Fe II）發(fā)射線相對Hβ線的強(qiáng)度。
Hβ線的強(qiáng)度與視線方向氣體的軌道運(yùn)動(dòng)速度相關(guān)。Fe II線的強(qiáng)度是本征矢1的代言。
本征矢1并非單一量，它是看上去一直同步變化的若干觀測特性之間的一系列相關(guān)性。（這就好像是把拴在一起的“如果這樣則那樣”裝在一個(gè)盒子里。）根據(jù)最早由托德·布羅森（Todd Boroson）與理查德·格林（Richard Green）在1992年辨認(rèn)出的本征矢1趨勢，有著強(qiáng)烈光學(xué)Fe II輻射的類星體的二次電離稀薄氧元素輻射（[O III]）較弱。這些性質(zhì)轉(zhuǎn)而與Hβ線的寬度、軟X射線波段的超出等等相關(guān)。
系統(tǒng)相關(guān)性表明，存在一個(gè)驅(qū)動(dòng)本征矢1的物理參數(shù)，天文學(xué)家強(qiáng)烈懷疑這就是愛丁頓比率，也就是黑洞吸積物質(zhì)的速率與理論上限之間的比值。對它的另一種理解是光度與質(zhì)量之比。
描繪主序
沈悅與何子山的工作分成兩大主要部分，首先，他們在網(wǎng)格上描繪出了所有的類星體，X軸表示Fe II線的相對強(qiáng)度，Y軸表示Hβ線的寬度。這些數(shù)據(jù)點(diǎn)在圖中描繪出了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的楔形：
然后他們開始證實(shí)，Hβ線與Fe II線告訴了我們關(guān)于類星體的什么信息。在多重交叉檢驗(yàn)之后，他們得出的結(jié)論是，Hβ線的寬度揭示出了類星體的吸積盤相對視線方向的取向，譜線越寬，則盤面更接近側(cè)向。他們還證實(shí)，愛丁頓比率是本征矢1（以及作為代理的Fe II線）背后的物理量。
如果Hβ線與Fe II線之間的聯(lián)系是正確的，那么他們的圖表證實(shí)，類星體的愛丁頓比率與取向決定了此類天體輻射大多數(shù)觀測到的變化。但是更為基本的是，這一圖表基于類星體在其上所處的位置，揭示了類星體的愛丁頓比率與取向是什么。換句話說，只要觀測Hβ線與Fe II線，你就可以知道一些關(guān)于類星體指向與吸積情況的信息了。再加上根據(jù)光譜判定的類星體光度，你就可以估計(jì)黑洞的質(zhì)量了。
布羅森說：“這篇論文就觀測量的解釋提供了迄今我所見過的最為引人注目的圖景?！钡撬嵝颜f，仍舊存在很多尚未解答的問題，此外還需要進(jìn)行額外的檢驗(yàn)。舉例來說，作者通過觀察射電明亮的類星體，證實(shí)了側(cè)向類星體的Hβ線較寬。天文學(xué)家需要觀測其他類型的類星體，來檢驗(yàn)這一解釋是否仍舊適用。他總結(jié)說：“不過這兩名作者顯然澄清了前方的道路?！?/span>
布拉澤頓在刊登沈悅與何子山論文的《自然》雜志9月11日號(hào)上發(fā)表了觀點(diǎn)評論，提出了類似的評價(jià)。他寫道：“顯然類星體的主序需要進(jìn)一步的檢驗(yàn)，只有時(shí)間才能告訴我們它的實(shí)用性是否可以與恒星的主序相比肩?！钡侨绻_實(shí)可以，這將是“寶貴的工具”。
參考文獻(xiàn)：沈悅與何子山，《用吸積與指向統(tǒng)一不同的類星體》，《自然》，2013年9月11日
（全文完）
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