[科普中国]-吸收谱线

简介

吸收谱线是指某一波段的光被冷气体吸收时在光谱中形成的暗谱线。来自天体的光，被原子或分子选择性的吸收，导致那部分的光从星光中被消去，留下一条条的暗线。

基本介绍天体如何产生光谱？想像一大片氢原子云散布在太空中，中间点了一盏白热灯泡，灯泡发光是因为灯丝被加热到高温，产生黑体辐射，所以辐射出所有波长的光子，形成一道连续、没有中断的色带，称为连续光谱(continuous spectrum)。

但是，当这些光子在到达我们的望远镜前，通过包围着灯泡的氢气时，大部分不符合氢原子能阶差的光子都顺利通过了，但是有一些波长恰好符合的光子便会被与其碰撞的氢原子吸收，而无法到达地球。氢原子在被激发后很短的时间内，电子又回到原来的能阶而放出新的光子，但新光子的方向却是随机的而非一定朝向地球，所以只有极少数的新光子能再到达地球，被望远镜接收到。于是望远镜所接收到的光谱便不再是灯泡的连续光谱，而少了符合氢原子能阶差的特定波长光子，在整条原本完整的光谱中这些波长处便形成了黑线，这些黑线称为吸收线(absorption lines)，因为它们是被原子吸收了的部分，而包含吸收线的光谱便称为吸收光谱(absorption spectrum)，也叫做暗线光谱(dark line spectrum)。

宽吸收线简介现在普遍相信类星体的反馈会调节寄主星系形成的进程，但其中具体的物理过程依然是个谜。类星体的外流是一个重要的候选者。为了确定外流的重要性，中国科学技术大学天体物理中心开展了宽吸收线类星体的一系列研究，取得了一些进展：

(1)宽吸收线区的紫外吸收物质的柱密度比原来预计高出2个量级，低电离吸收线形成于饱和的高电离吸收线区；

（2）射电宁静的宽吸收类星体吸收物质主要在赤道面，并且不同的源吸收物质分布情况很不相同，而在射电强的类星体中，赤道和极向外流都是可能的；

（3）共振散射线偏振表明，外流物质携带角动量。

一些星系中心的超大质量黑洞吸积周围的气体，气体在下落到黑洞过程中将巨大的引力结合能转换成粒子的热运动动能，产生大量的电磁辐射，同时吸积也是大质量黑洞增长的过程.它们的辐射光度甚至超过整个星系的恒星光度百倍，我们称这些天体为活动星系核。近10年来的观测表明，几乎所有大质量星系的中心都存在超大质量黑洞，核活动是星系演化的一个特殊阶段.人们普遍相信核活动巨大的能量输出使得它在星系演化的过程中起关键的作用，产生了一系列观测到的黑洞质量与星系参数的相关性.类星体是高光度的活动星系核统称。

大约10%—20%的类星体（QSO）具有宽的、蓝移的离子吸收线，这些类星体被称为宽吸收线类星体（常用BAL QSO来表示）。最常见的紫外吸收线有CIV1549, NV1240, Lyα, SiIV1397, OVI1032, MgII2798, AlIII1870 等类Li离子共振吸收线（如图所示），这些吸收线是由类星体部分电离的高速外流物质吸收连续谱产生的，外流的速度可高达0.1c—0.2c(c为光速)。如果这些外流具有足够的质量外流速率，它可能是联接核活动与星系演化的关键物理过程，同时也将对吸积过程产生重要影响，因此确定宽吸收线类星体物理参数近年来受到特别重视。

宽吸收类星体中外流的基本图像目前对宽吸收线类星体有2类截然不同的观点：人们较为普遍接受的观点是，所有的类星体都具有宽吸收线外流, 但外流只覆盖一少部分的立体角，换言之，只在类星体的一些视线方向上观测到了外流；另一类观点是，只有一些特殊的类星体具有宽吸收线外流。观测检验这2个观点的主要方法是：（1）通过比较BAL QSO吸收线区的覆盖因子与观测到宽吸收线类星体的比例， 如果二者一致，则支持第一类模型；（2）检验BAL QSO与非BAL QSO性质在统计上的差别， 如果有差别，则二者可能是不同的. 第一类检验主要通过离子共振散射谱线的强度与理论模型预言的比较来确定.对大部分吸收线而言，离子与光子的作用并不是真吸收而是共振散射，因而通过测量别的方向上散射过来的光就可以确定散射物质覆盖的区域.这一方法给出宽吸收线区的覆盖因子上限为30%，但一定程度上与模型相关. 第二类方法发现BAL与非 BAL QSO只在发射线轮廓上有细微差别，BAL QSO的CIV线更加蓝移，这可能说明它们有不同，或者只是二类系统不同的视角方向引起的，前者支持第一种观点，而后者支持第二种观点，因此第二类方法并没有给出明确的倾向。

宽吸收线外流是由辐射加速的，如果外流的电离程度合适，活动星系核强的紫外辐射可以非常有效地加速物质外流。

对于典型的类Li离子电离物质而言，共振散射的截面与光电吸收的截面之比量级为105。但共振散射只能发生在吸收物质共同坐标系共振频率附近，很容易饱和，因此它的重要性取决于吸收物质的速度梯度.对于共振散射光学厚的物质，二者的相对重要性由柱密度的速度梯度（n(dr/dν)）以及电离连续谱的形状决定.在考虑的电离度范围，λ估计在10—10000之间。在一些情况下，尘埃的吸收也是重要的辐射力来源。观测上发现吸收线轮廓的一些特征也表明共振线辐射压是外流的重要加速机制，如CIV吸收坑中有时在速度5800km/s处有剩余流量的峰，这是由于NV离子吸收类星体强的Lyα发射线后获得额外的加速度而使得该速度段的离子数目降低引起的.

一些宽吸收线类星体的吸收坑的深度比局部连续谱深，从而要求宽吸收线物质同时也吸收发射线，换言之，宽吸收线区在发射线区外。对于类星体，典型的宽发射线区的尺度为1016—1017cm，作为比较，典型的108M质量黑洞的半径为1.5×1013cm。宽吸收线区可能延伸到pc（秒差距）尺度。从紫外吸收坑我们可以估计吸收离子柱密度的下限，这个下限对应的物质柱密度只有1021cm-2，从吸收线轮廓看，吸收物质是连续地外流，从而估计吸收物质密度只有105—106cm-3。这种低密度的物质暴露在类星体的强辐射场中，物质的电离程度很高，类Li离子很难存在。一种解决方案是，在宽吸收线的内部存在高电离的吸收物质，这些物质吸收软X射线，从而保证外面的类Li离子的存在。宽吸收线类星体中观测到强的软X射线吸收支持这种解决方案。1

吸收谱线的强度定义单位时间，单位面积截面上，入射光束在给定频率上被吸收的能量，叫做吸收谱线的强度。2

相关名词吸收光谱：基态原子吸收其共振辐射。

发射光谱：院子中电子由于受到外界能量的影响可能吸收能量儿成为激发态，再由激发态向基态或较低能态激发态跃迁。

弗兰克康盾原理：电子跃迁比分子振动快得多，电子的状态虽然有所改变，但分子中原子还来不及明显改变位置

生色团：分子中决定电子吸收谱带的原子团及其相关化学键，与生色团相连，使吸收波长移动吸收强度加大的基团为助色团。

瑞利散射：单色光束照射，散射光与入射光频率相同。

斯塔克：物质的光谱线在电场中发生移动的现象。

核统计：分子的转动态要受到泡利原理的制约，满足泡利原理的转动态可以成立，不满足不成立。

态叠加原理：不同本征值对应的本征函数之间的线性组合不再是此算符的本征函数，但他们仍是体系的一种可能状态。

不相交原理：两条原始能量曲线存在着相互排斥的原理，两条最终的曲线永不相交。

分子体系和辐射发生：能量相近，对称性匹配。