类星体UV连续谱红化的尘埃起源

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类星体是一类非常明亮的活动星系核,它的高光度使之成为高红移宇宙的重要探针之一。在紫外-光学波段,类星体的连续谱具有幂律谱的形式fv∝vα。一方面,类星体的连续谱取决于它的内禀物理量,比如黑洞质量、吸积率等等;另一方面也受很多外界因素,比如尘埃消光、寄主星系星光叠加等影响。之前的观测表明,观测到的连续谱通常比理论预言的偏红一些,除了建立包含更多物理细节的理论模型来解释外,另外可能需要考虑尘埃消光红化和寄主星系的星光叠加。此外,随着光度的增加,类星体的连续谱变得更蓝,这又与理论上的结果不一致,可能的原因是类星体在低光度有更多的尘埃消光。关于类星体连续谱和红移的关系则存在不同看法。为了研究类星体连续谱和光度、红移的关系,我们采用SDSS的一个大样本,并以类星体内部尘埃和宇宙尘埃的消光红化分别解释我们观测到的连续谱和光度、红移的关系。  首先我们研究了类星体连续谱谱指数α和光度的关系。我们使用SDSSDR7的类星体光谱数据,选取了一个具有热光度和黑洞测量值的非宽吸收线类星体的总样本。按照是否具有1350-1365(A)、2210-2230(A)、4200-4230(A)的连续谱窗口将总样本分为αNUV和αFUV两个样本(分别包含19258和19671个类星体)并且计算出每一个类星体的谱指数。我们以热光度对这些类星体光谱分组,发现随着热光度的增加,平均的连续谱变得更蓝,这和许多前人观测结果一致。我们特别注意到每个分组的谱指数上限都是接近薄盘模型的结果的(α=1/3),说明观测到的谱指数上限是存在的,并且和光度无关。之前的工作大多使用类星体复合光谱或者样本中最蓝的类星体光谱作为未消光的类星体模板,但事实上它们也会有一定量的尘埃消光而造成消光量被低估。为此,我们采用薄盘模型的光谱作为未消光的光谱,并按照每一个分组的黑洞质量和爱丁顿比的均值产生理论上的谱指数,这里我们考虑了消光对热光度、黑洞质量和爱丁顿比的改正,发现理论上α和光度的关系不大。之前的许多工作也发现了低光度类星体连续谱偏红的情况,而他们也提出了尘埃红化的可能,同时“退行的尘埃环”模型也对尘埃消光量和光度的反相关提供了物理上的支持。基于此,我们使用SMC和flat-AGN两种消光曲线对模型光谱进行消光,得到的E(B-V)-L关系和前人的工作进行比较,虽然有一定的不确定性,但是趋势和数量级都是比较一致的。  其次,我们研究了类星体谱指数随红移的变化。我们先对光度和红移进行一维分组,并得到每个分组的复合光谱。我们用复合光谱的结果证实了连续谱随着光度变大而变蓝,这和用统计方法研究得到的结果一致,而连续谱和红移的关系几乎没有。借助大样本数目的优势,我们进一步将样本按照光度-和红移二维分组进行研究,这样可以消除选择效应的影响,确定连续谱谱指数随着光度和红移各自的变化趋势。我们发现热光度给定时,连续谱谱指数随红移变小,即连续谱随红移增加而变红,这个结果澄清了以往关于该观测现象的争议。我们尝试使用宇宙尘埃解释,这是因为宇宙中存在大量的尘埃,它们广泛地分布在类星体到达观测者路径上的河外星系、星系际中,而高红移的类星体到达地球经过的路径更长,也就可能受到更多的消光和红化。  基于这个设想,我们建立了一个简单的宇宙尘埃消光红化模型,并假设:1)宇宙尘埃的共动数密度不变;2)连续谱红化只是由宇宙尘埃红化引起的,暂不考虑寄主星系和尘埃环;3)在红移z=0处的类星体具有内禀光谱,即没有受到宇宙尘埃红化的影响。模型所需的参数有:宇宙尘埃数密度n,V波段尘埃消光截面σV,消光曲线形式elλ,红移z和内禀谱指数α0,其中我们把宇宙尘埃数密度n和V波段尘埃消光截面σV的乘积nσV作为等效尘埃密度。我们发现在等效尘埃密度不变的情况下,当消光曲线选为flat-AGN消光曲线时和数据符合的比较好;等效尘埃密度的量级约10-5h Mpc-1;高红移相比低红移的等效尘埃密度更低或者消光曲线更平坦。此外我们也讨论了其他产生这一观测现象的可能原因,如内禀物理性质演化、寄主星系星光影响和类星体颜色选择判据的偏差等。  综上所述,我们研究了类星体的连续谱随着光度和红移的变化,并且发现使用类星体内部尘埃和宇宙尘埃能够合理地解释这些变化;这也启示我们尘埃对类星体连续谱的影响是不可忽略的,使用由类星体的光谱导出的物理量时都需要考虑尘埃的影响。
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