中国科大揭示NGC 6814中奇妙的X射线掩食吸收体

中国科学技术大学天文学系王俊贤教授团队在对活动星系NGC 6814中的X射线掩食事件的研究中，揭示了一个奇妙的团块化的、多组分的掩食吸收体。研究成果以“What can be learnt from a highly informative X-ray occultation event in NGC 6814? A marvellous absorber ”为题于2023年8月23日 在《Monthly Notices of the Royal astronomical Society》发表,论文第一作者为博士研究生康嘉来。

活动星系核是星系中心的超大质量黑洞吸积系统，有非常强的X射线辐射；这些高能辐射被认为起源于靠近黑洞的一个高温、致密的区域——X射线冕区。当吸收云团从观测者视线方向经过时，冕区被云团（部分或完全）遮蔽，使得观测到的X射线流量、谱型发生显著变化，这被称为X射线掩食事件。由于尺寸小、距离远，冕区及其附近的气体云团并没有办法直接被空间分辨，研究人员知道它们的存在却很难刻画它们的性质。X射线掩食事件携带了丰富的时变信息，使得观测者有机会动态地描绘出整个系统，限定冕区和掩食云团的性质。

然而，这样的掩食事件发生频率不高并且不可预测；到目前为止，只有不到五个完整掩食事件（包含清晰的进出掩食过程）被完整地观测到。此外，即使能够幸运地捕捉到这样罕见的掩食事件，对它的分析解读仍面临巨大挑战：活动星系核存在显著的本征光变，仅凭光谱分析难以将掩食导致的光变与本征光变严格区分开来。为解决这一难题，王俊贤教授团队首次将活动星系核本征的“变亮变软”光变行为引入到对掩食事件的分析中，通过绘制“流量-硬度比”图来对光谱分析提供额外的独立限制。研究团队将这一技术应用于XMM-Newton望远镜在NGC 6814中捕获到的一次高质量掩食事件，成功揭示了掩食云团中存在部分覆盖的“康普顿厚”的额外吸收成分——这些吸收体如此光厚以至于将所遮蔽的X射线宽波段辐射吸收殆尽，因此仅凭光谱分析无法揭示出其存在。同时，研究团队发现，在NGC 6814的掩食事件中，进出掩食很快而掩食持续时间很长；结合观测到的部分掩食特征，这表明该掩食吸收体是团块化的，由许多小云团组成。此外，他们发现，XMM RGS设备的高分辨率光谱所探测到的两层较稀薄的吸收体，可能是从主要掩食云团上碎裂剥离下来的碎片，类似于彗星周围的星尘。

NGC 6814的X射线掩食事件的光变曲线。

研究团队因此得以成功将整个奇妙的掩食系统详尽地刻画出来：一个团块化的、多相的云团簇（见动图），它很可能是吸积盘内区（小于1000倍黑洞引力半径）吹出来的“盘风”的一部分，以约10000 km/s 的速度穿过我们的视线方向，并以约5000km/s的速度远离中心黑洞；同时，冕区的尺寸非常小，约为10倍引力半径。

多相、团块化的掩食吸收体的三维动画。黑色大云团指代康普顿厚的吸收云，灰色大云团指代康普顿薄的吸收云，黑/灰色小点分别代表从大云团脱落/剥落的碎片。

该工作展示了X射线掩食事件蕴含的丰富信息可以极大促进我们对于超大质量黑洞周围气体的认识，指出了“流量-硬度比”图对于分析掩食事件有重要意义，为搜寻、解读更多的掩食事件提供了一种崭新思路。