红移>1处超大质量黑洞与寄主星系的相关关系研究

In the local Universe, the mass of the central supermassive black hole (SMBH) in an active galactic nucleus (AGN) and the stellar mass of its host-galaxy bulge are tightly correlated (hereafter the BH-host scaling relation). But how do galaxies and SMBHs get their “correct” mass is still mysterious and is one of the most active field of research. Given the fact that SMBHs usually obtain most of their mass in the early Universe (redshift, z>1), it is crucial to investigate the BH-host scaling relation as a function of redshift. As a first step, we will focus on studying the line profile of broad MgII emission line using the SDSS-RM data. This research will enable us to better understand the physics of the broad emission line region, and therefore improve mass estimation accuracy for z>1 SMBHs. As a second step, we will construct a uniform z>1 AGN sample, quantified by more accurate mass estimation of SMBHs, multi-wavelength photometry, and high resolution image data. With this sample, we will measure the z>1 BH-host scaling relation (including its normalization, slope, and intrinsic scatter) more accurately. Our results have important consequences for our understanding of the physics behind the BH-host scaling relation.

在近邻宇宙，超大质量黑洞的质量与寄主星系的核球结构的恒星质量之间存在紧致地相关性（以下简称为黑洞－星系标度关系）。然而，黑洞－星系标度关系背后的物理机制仍然是一个谜团。考虑到大部分质量范围的超大质量黑洞的质量增长主要发生在宇宙早期（红移>1），为了从观测上理解黑洞－星系标度关系的起源，我们需要研究宇宙早期的（红移>1）黑洞－星系标度关系。为此，我们首先利用SDSS-RM数据研究MgII宽发射线的谱形以及谱形随时间的变化，以期深入地理解宽线区结构的物理性质，并改善红移>1处黑洞质量的测量精度。在此基础上，我们将构建一个活动星系核样本，其中黑洞质量采用更加精确地估计结果；星系性质通过多波段的测光数据结合图像数据得到。利用这样一个样本，我们将更精确地限制宇宙早期的黑洞－星系标度关系（包括其截距、斜率和固有弥散），从而更好地揭示黑洞与寄主星系相关关系的物理起源。

超大质量黑洞与寄主星系的共同演化是天体物理学研究领域的前沿与热点问题之一。为了理解这一问题，我们需要研究活动星系核(AGN)的宽发射区的结构和物理性质，改善超大质量黑洞的质量估计精度以及探索超大质量黑洞与寄主星系的相关关系随红移的演化行为。本项目针对AGN的宽发射线光谱变化、AGN的连续谱光变与宽线区性质的相关性、宽线对连续谱变化的反常响应行为和不同波段连续谱波段的相关性等方面展开研究，取得了多项研究结果，主要包括：1. 我们比较了MgII和CIV宽发射线的光谱变化行为，分析了它们的光谱变化行为与AGN物理性质(包括黑洞质量、光度和连续谱光变)的关系。这些结果对我们理解AGN的宽线区的结构和动力学("盘风")以及改善黑洞质量估计有重要影响。2. 我们还分析了AGN的连续谱光变与AGN Eigenvector 1以及光度之间的关系。这些关系进一步支持AGN Eigenvector 1由AGN爱丁顿比驱动，表明连续谱的光变很可能来自于吸积盘的热涨落行为，明亮的AGN的吸积盘是辐射有效的。我们还指出，活动星系核的紫外/光学光变行为有可能被用来测量宇宙距离和限制宇宙学参数。3. 我们还从吸积理论出发，提出了解释宽线对连续谱变化的反常响应行为和不同波段连续谱波段的相关性的唯象模型。此外受前面这些研究工作的启发，我们正在发展一个用于解释AGN多波段连续谱光变行为的物理模型。在时域天文时代，我们计划利用这些模型从多波段光变数据中提取活动星系核的物理性质，包括黑洞质量和光度等信息。因此，本项目的研究工作对于理解红移大于1处的超大质量黑洞与寄主星系的共同演化有重要意义。