作为标准蜡烛的活动星系：尘埃是差异背后

　　天空中58个活动星系核的位置以及银河系中尘埃的分布。学分:uux.cn/天体物理学杂志（2024年）。DOI: 10.3847/1538-4357/ad11dc

　　据Michal Zajaek：宇宙是什么时候开始的？第一批恒星和星系是何时以及如何形成的？宇宙的命运是什么？

　　标准宇宙学模型，也称为LCDM模型，可以回答大多数这些问题。它还可以解释宇宙大尺度空间结构的特性——既包括其当前的形式，也包括最初结构刚刚出现时的过去。此外，通过暗能量，它可以解决宇宙加速膨胀的问题。

　　尽管取得了许多成功，但在过去十年中，对附近Ia型超新星的测量和对遥远宇宙微波背景数据的分析为一些宇宙学参数提供了不一致的值。

　　特别是，从遥远的宇宙微波背景测量中确定的值与从附近的Ia型超新星观测中确定的一些值之间，当前膨胀率的测量值（也称为哈勃常数）存在显着差异。

　　为了确定这种差异是否是由于一个或两个数据集的系统问题，或者是否是LCDM模型的问题，需要寻找替代的宇宙学探针。

　　我和我的同事考虑将类星体作为替代探测器。这些是星系中心的活跃核，拥有超大质量黑洞吸积物质并大量释放能量。它们可以从本地宇宙到遥远的第一个星系刚刚形成的时期被探测到。因此，他们部分地将Ia型超新星的本地测量与遥远的宇宙微波背景观测联系起来。

　　类星体能帮助解决当前的宇宙学紧张吗？

　　两种方法

　　可能看起来很奇怪的是，活动星系核（AGN）是包含超大质量黑洞的相当复杂的物体，其质量跨越五个数量级（系数为100，000）并以很大的速率吸积物质，可能以类似于脉动造父星或爆炸（Ia型超新星）星的方式进行标准化。

　　在过去的三十年中，随着更多更高质量的多波长数据的积累，发现AGN测量遵守两个重要的相关性，这两个相关性都涉及来自电磁光谱紫外线部分中央黑洞周围内部吸积流的电离电磁辐射。

　　其中之一是基于紫外线和X射线光度之间的相关性（紫外线/X射线关系）。在大多数AGN，电磁波谱中紫外线和X射线部分的辐射亮度服从非线性关系。基于此，可以确定类星体的光度距离，并且对于给定的红移，AGN的哈勃图可以面对不同的宇宙学模型。

　　中央尘埃带的星系M96。致谢:uux.cn/美国国家航空航天局/欧空局/哈勃（Leo Shatz）

　　第二个是基于这样一个发现，即在中心黑洞附近发射的电离紫外辐射的亮度与快速移动的云围绕中心黑洞运行的更远区域的半径相关。这些云的运动是通过它们的特征发射来揭示的，这些特征发射以非常宽的发射线的形式出现，其通量是可变的。

　　通过测量可变紫外辐射和宽线发射之间的时间延迟，可以推断绝对光度。从测量的通量中，我们可以确定光度距离，并随后测试宇宙学模型。

　　问题是是否有可能找到一个AGN的样本来研究这两种关系。这将允许对确定的光度距离和宇宙学模型进行一致性检查（通过它们确定的宇宙学参数值）。

　　光度距离的差异

　　我和石溪大学（以前在堪萨斯州立大学）的同事纳拉扬·卡德卡一起鉴定了58个这样的AGN，发现这两种关系（紫外线/X射线和半径-光度）导致每个光源的光度距离完全不同。除非一个或两个数据集（UV/X射线和半径光度）没有正确解释某些影响，否则这种情况不会发生。我们的研究发表在《皇家天文学会月刊》上。

　　此外，从这两个关系中获得的宇宙学参数非常不同，与半径-光度关系相比，紫外线/X射线关系更喜欢当今宇宙中有更多的物质含量。此外，从紫外线/X射线关系测量中确定的宇宙学参数值与使用标准宇宙学探测器确定的值显着不同。这给我们留下了试图发现差异原因的难题。

　　尘埃在星系中的作用

　　通过比较58个源中每一个源的两个光度距离的差异，我们发现从UV/X射线关系中确定的光度距离系统地大于从半径-光度关系中推断的光度距离。与博泽纳·车尔尼（理论物理中心）一起，我意识到这种效应可能是由尘埃引起的，尘埃吸收并散射了从AGN到我们的视线上的紫外线和X射线光子。

　　尽管观测到的58个类星体位于远离银河系尘埃云的天空区域（见上图），但它们位于包含大量尘埃云的星系中，发射的光子必须穿过这些尘埃云才能到达我们的望远镜。

　　在我们最近发表在《天体物理学杂志》上的研究中，我们明确表明，尘埃导致的发射光子消光总是导致从AGN关联中推断的两个光度距离之间的非零差异，这种差异要么是正的，要么是负的，具体取决于X射线光子还是紫外线光子受影响更大。由于所有宇宙学模型的分布峰值都是正的，对于大多数类星体来说，AGN X射线辐射的消失似乎比紫外光的消失更为显着。

　　结论

　　AGN主星系中的尘埃主要阻碍了紫外线/X射线关系在宇宙学中的适用性，而半径-光度关系似乎仍然可以将类星体变成标准蜡烛。尽管由于样本量有限，半径-光度关系的宇宙学约束仍然很弱，但该关系为使用类星体作为宇宙学探针提供了一线希望，尤其是在广泛巡天的时代。

　　这个故事是Science X Dialog的一部分，研究人员可以在这里报告他们发表的研究文章的发现。请访问此页面了解有关ScienceX对话以及如何参与的信息。