記者2月19日從中國科大獲悉，中國科學技術大學天文學系王挺貴教授團隊首次探測到黑洞潮汐撕裂恒星事件中光學鐵發(fā)射線的遲滯效應。論文于今年1月28日在線發(fā)表在國際知名學術期刊《天體物理快報》（The Astrophysical Journal Letters）上。

星系中心普遍存在超大質量黑洞，當它處于高速吸積增長階段，就表現(xiàn)為活動星系核（AGN）。多成分混合的鐵發(fā)射線（FeII）是AGN紫外和光學光譜最重要的特征之一。觀測上發(fā)現(xiàn)，光學FeII強度與愛丁頓比率存在很好的相關性，可以作為愛丁頓比率的指針。而愛丁頓比率是描述黑洞吸積系統(tǒng)以及構建黑洞活動主序關系最重要的物理量之一。然而，由于鐵線能級的復雜性，到目前為止人們對于鐵線的產(chǎn)生機制和區(qū)域都不清楚，嚴重制約了我們對AGN的理解。

近些年蓬勃發(fā)展的時域巡天還發(fā)現(xiàn)了一批區(qū)別于AGN的黑洞暫現(xiàn)吸積事件，稱作黑洞潮汐撕裂恒星事件（TDE）。在AGN中如果發(fā)生TDE，黑洞吸積率會在月到年時標發(fā)生遠比一般AGN劇烈的變化，提供了一個極佳的機會研究發(fā)射線對中心輻射的響應，進而了解AGN的結構。研究團隊前期的工作在PS16dtm和PS1-10adi等著名事件中探測到了超強的塵埃環(huán)紅外回響的信號，且早期階段伴隨塵埃升華過程，由此猜測塵埃中的鐵元素被釋放進入氣態(tài)，進而產(chǎn)生了觀測到的增強的FeII輻射。

研究團隊本次通過仔細分析PS1-10adi在不同階段的光譜，首次發(fā)現(xiàn)光學FeII線對中心輻射的異常響應。在相同的中心光度下，爆發(fā)后的FeII強度高于爆發(fā)前，表明爆發(fā)過程中產(chǎn)生鐵的氣體量確實增加了。當中心光度衰減到爆發(fā)前水平時，F(xiàn)eII的強度并沒有回到爆發(fā)前的水平，而是高于爆發(fā)前，這是一種遲滯效應（Hysteresis Effect）。這種效應在很多領域都常見，是一類路徑依賴的效應，即系統(tǒng)的狀態(tài)，不僅與當下系統(tǒng)的輸入有關，更會因其過去輸入過程之路徑不同，而有不同的結果。例如一塊黏土放在手上，捏壓之后不再施力，此時受力與先前放在手上可視為相同，但是卻已不是先前形態(tài)了，而不同捏壓的方法，也會得到不同的形態(tài)。再例如，在一個給定的磁場中，一塊磁鐵可能含有不只一種可能的磁矩，這取決于磁場在過去的狀態(tài)。即，磁場過去的狀態(tài)依然會對現(xiàn)在的磁鐵的磁矩產(chǎn)生影響，即使磁場狀態(tài)以及發(fā)生了改變。遲滯現(xiàn)象在鐵磁體，鐵電材料，橡膠管的變形，形狀記憶合金中均可以見到。但是這種效應第一次在活動星系核中發(fā)現(xiàn)。FeII線的遲滯效應可以解釋為TDE中FeII線起源于剛剛從塵埃升華而來的氣體。而其他常見的線，如Hβ線并未發(fā)現(xiàn)這種效應，爆發(fā)前后Hβ的響應一致。因而解釋了FeII與Hβ的線比可以作為愛丁頓比率的指針。

這項工作進一步證明了AGN中的TDE事件對于理解黑洞吸積系統(tǒng)具有重要研究價值。中國科大與紫金山天文臺共建的大視場巡天望遠鏡（WFST）預計會發(fā)現(xiàn)大量的此類事件，預計將有力推動這一領域的發(fā)展。論文的第一作者兼共同通訊作者為中國科大天文系特任副研究員何志成。天文系副研究員蔣凝以及王挺貴教授為論文的共同通訊作者。本項研究得到中國科大青年創(chuàng)新重點基金，國家自然科學基金以及科技部國家重點研發(fā)項目的支持。（記者 汪喬）