研究背景介绍

星系中冷气体（温度 T ≪ 10⁴ K）的存在及其性质在追踪星系演化及恒星形成历史中具有关键作用。此外，这些气体对于为休眠的超大质量黑洞（SMBH）提供物质燃料以激活形成活动星系核（AGN），以及追踪 AGN 释放能量的作用也具有重要意义。因此，研究宿主星系中冷气体的性质具有多重科学价值。尽管冷气体的各个相（原子中性态与分子态）通常通过发射观测获得，但吸收观测可以提供一种互补的追踪手段。多年来，H I 21 cm 吸收线观测被广泛用于追踪与 AGN 宿主星系相联的气体，在追踪星系内部及星系间 H I 的存在及性质演化方面具有重要意义。

图1:云团遮蔽活动星系核，在其光谱上留下吸收线的示意图。取自：Morganti & Oosterloo 2018

低功率射电源的吸收线

对H I 21 cm吸收的观测与研究已进行了数十年，目前已探测到超过 200 个吸收体。早期的巡天为了在可用望远镜性能限制下平衡灵敏度与观测时间，主要针对射电亮源(S_{1.4 GHz} > 50 mJy)进行观测，对于低功率射电暗的AGN鲜有观测，因此尚不清楚HI吸收气体如何参与不同类型AGN的相关演化过程。为填补射电弱源 (S_{1.4 GHz} < 30 mJy) 系统观测的空白，并研究低功率射电源群体，我们利用五百米口径球面射电望远镜（FAST）开展了对射电弱源 (10 mJy < S_{1.4 GHz} < 30 mJy) 的系统性 H I 吸收巡天观测。

图2: FAST观测样本和Maccagni et al. (2017) 研究样本在红移和射电功率空间的对比；右图：FAST观测样本和Maccagni et al. (2017) 研究样本的射电功率分布直方图。

利用中国“天眼”对HI吸收线的搜寻结果

本次观测共发现了 12 个新的 H I 吸收体，结合先前试验性观测的结果，总体探测率与其它较高功率射电源样本的观测结果相比，我们样本的探测率偏低。这很可能源于 H I 发射线对吸收信号的稀释效应以及样本中延展源占主导的影响，表明低功率射电源总体上是一个富含气体、以恒星形成为主导的族群。

在新探测到的吸收体中，大多数 H I 吸收谱线轮廓较窄，且线心速度接近星系统速度，与旋转盘上气体的特征一致；而其中有四个吸收体表现出受扰动的运动学特征，可能存在气体流入或流出 AGN 的情形。而随着射电功率的增加，外流候选体的比例呈上升趋势，流入候选体的比例则基本保持不变，这表明射电辐射在驱动 H I 气体从 AGN 外流中起到重要作用。在我们的样本中，致密源的 H I 吸收线探测率高于延展源。与高功率射电源样本的预期不同，在低功率射电源中，中红外 (MIR) 亮源并未表现出更高的 H I 探测率或更为显著的运动学扰动。值得注意的是，在低功率射电源中，仅在 Seyferts 和 LINERs 星系中探测到蓝移的 H I 吸收线，这表明原子气体外流与 AGN 的电离状态之间存在关联。

图3：FAST观测样本和Maccagni et al. (2017) 研究样本中探测到的吸收体数量，以及红移/蓝移吸收体在不同分类下的分布。左图：按射电功率区间分类；中图：按 WISE 颜色分类；右图：按 BPT 图分类。

研究论文

该研究工作已经被 The Astrophysical Journal 接收。论文第一作者为厦门大学天文学系硕士生苏杨，通讯作者是意大利佛罗伦萨大学的余清正博士后。其他合作者包括厦门大学天文学系的方陶陶教授、王俊峰教授和武剑锋教授以及国家天文台的张博副研究员。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金中国空间站项目基金以及欧洲ERC基金的支持。

论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ae4591