活动星系核中质量吸积关闭事件：红移1.8类星体J0218-0036的20年观测证据

《Publications of the Astronomical Society of Japan》：A possible shutting-down event of mass accretion in an active galactic nucleus at z ～ 1.8

本刊推荐：为探究超大质量黑洞吸积活动的触发与终止机制，研究团队通过对比SDSS与HSC对3×104个类星体的多波段测光数据，发现红移1.767的类星体J0218-0036在20年间出现光学波段亮度下降20-30倍的罕见现象。通过Subaru、GTC、Keck等4米级望远镜的跟踪观测，结合多组分SED拟合和光谱分析，证实其爱丁顿比率从~0.4降至~0.008，表明该活动星系核可能正在经历吸积关闭过程。这项研究为理解AGN生命周期提供了关键观测证据。

　　

在宇宙深处，超大质量黑洞通过吸积周围物质而发光，形成活动星系核（AGN）。然而，这些宇宙"引擎"的活跃期究竟能持续多久？它们是如何启动又是如何熄灭的？这些问题一直是天体物理学领域的核心谜题。根据经典的Soltan论点，AGN的寿命远短于宇宙年龄，估计仅为10⁵-10⁸年。这意味着在宇宙漫长历史中，黑洞的吸积活动会反复开启和关闭。但直接观测到这样的"开关"事件极为困难，因为它们的时间尺度通常远超人类观测记录。

近年来，随着斯隆数字巡天（SDSS）等大型巡天项目的实施，天文学家获得了数十万个类星体的光谱数据。同时，多个时域巡天项目对这些天体进行了长期监测，相当于在数百万年时间尺度上观察单个类星体的演化。这为探测稀有事件提供了独特机会。在此背景下，日本国立天文台等机构的研究团队在《Publications of the Astronomical Society of Japan》上发表了一项突破性研究，报道了一个红移1.8的类星体中出现可能的质量吸积关闭事件。

研究团队通过系统比较SDSS和Hyper Suprime-Cam（HSC）对31549个光谱确认类星体的测光数据，发现了一个异常现象：类星体SDSS J0218-0036（红移z=1.767）在约20年期间，光学波段亮度下降了20-30倍。这一发现促使他们开展了多波段跟踪观测，旨在揭示亮度下降的物理本质——究竟是吸积率的内在变化，还是视线方向上尘埃遮蔽的改变。

为了探究这一现象，研究团队采用了多波段测光技术，整合了SDSS、HSC、Pan-STARRS、ZTF等巡天数据，以及使用Subaru、GTC、Keck等大型望远镜获得的新观测数据。他们同时进行了光学光谱观测，使用Keck/LRIS获取了高信噪比光谱。通过多时期光谱能量分布（SED）拟合，将总辐射分解为AGN组分和宿主星系组分，并采用贝叶斯马尔可夫链蒙特卡洛方法比较了两种可能场景：吸积率本质变化与尘埃遮蔽变化。

光学和近红外测光分析

研究团队构建了从1950年代至今的多波段光变曲线，发现J0218-0036的亮度下降呈指数衰减趋势，e折时标约为700天（静止系）。在SDSS观测时期（2000年代初），该类星体在g、r、i波段分别测得20.62、20.72和20.55星等，而到HSC观测时，这些值变为23.87、23.24和23.28星等，变化幅度达2.5-3.3星等。近红外观测显示，在2MASS、UKIDSS和VISTA巡天中均未探测到该源，但Subaru/MOIRCS在2023年的观测中获得了Y、J、H波段的显著探测。

光谱演化特征

比较SDSS和Keck/LRIS光谱发现，尽管连续谱亮度下降了约16倍，但CIV、CIII]和MgII等宽发射线的宽度变化不大，甚至显示出反脉动趋势。CIV发射线流量下降了30-38倍，CIII]下降了21-36倍，MgII下降了11-12倍。CIII]/CIV流量比从SDSS时期的0.18-0.24变为LRIS时期的0.25，表明电离参数持续较高，这可能意味着存在比典型I型AGN更靠近黑洞的低密度气体。

多时期SED分解

研究团队将20年间的观测数据分为六个时期进行SED拟合，比较了两种场景：（i）AGN本质光度变化；（ii）尘埃遮蔽变化。结果表明，场景（i）的Akaike信息准则（AIC=14851）和贝叶斯信息准则（BIC=14879）均显著优于场景（ii）（AIC=18401，BIC=18433），强有力地支持了吸积率本质下降的解释。AGN组分的相对尺度因子从1.000降至0.020，下降了约50倍，而尘埃消光的变化范围很小。

宿主星系性质

SED拟合给出宿主星系的恒星质量为1.4×10¹¹M_⊙，年龄为35亿年，恒星形成率为零，表明它是一个静止星系而非星暴星系。黑洞与恒星质量比约为1×10^-3，与本地宇宙的值一致。到2023年，类星体在静止系光学波段的辐射已由宿主星系主导。

爱丁顿比率变化

研究显示，J0218-0036的爱丁顿比率从SDSS早期成像时的~0.4降至当前的~0.008，下降了约50倍。这一变化跨越了吸积盘状态转变的理论阈值（约百分之几），表明当前的吸积模式可能已不再是标准薄盘，而可能转变为径移主导吸积流（ADAF）等低效率模式。

X射线和射电特性

XMM-Newton在2015年的观测探测到该类星体，测得柱密度为2.6×10²¹cm^-2，表明视线方向没有显著遮蔽。ROSAT和RXTE在更早时期的上限与光变曲线推断的X射线流量一致。射电观测显示该类星体属于射电宁静群体，没有证据表明亮度下降伴随新的喷流活动。

研究结论与意义

这项研究通过对J0218-0036的长期多波段观测，发现了一个AGN吸积活动可能正在关闭的罕见案例。多时期SED拟合和光谱分析一致表明，亮度下降主要由吸积率本质下降引起，而非尘埃遮蔽变化。爱丁顿比率从~0.4降至~0.008，下降了约50倍，可能标志着吸积模式从标准薄盘向低效率模式的转变。

该研究的创新点在于首次在较高红移（z=1.767）类星体中发现了如此大幅度的吸积率下降事件，并通过多波段、长时间基线的观测数据进行了详细验证。观测到的时间尺度（~700天静止系）与尘埃云穿过宽线区的预期时间尺度相符，但远短于粘滞时标，支持了外部因素（如燃料供应中断）触发吸积关闭的解释。

对于AGN研究领域，这项工作提供了关于吸积关闭过程的关键观测案例，为理解超大质量黑洞增长的时间尺度和变异性提供了重要约束。对于星系演化研究，这类"熄灭"的AGN为研究宿主星系中心区域提供了独特机会，因为AGN辐射的减弱使得星系本身的光谱特征更容易被探测。未来对类似事件的系统搜寻将有助于确定AGN"开关"事件的频率，进而约束超大质量黑洞吸积活动的整体寿命和变异性。