類星體吸收線等值寬度的統(tǒng)計(jì)分析

潘彩娟, 陳志福,2, 陳 漓, 羅永玉, 陳賽艷

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類星體吸收線等值寬度的統(tǒng)計(jì)分析

潘彩娟1, 陳志福1,2, 陳 漓1, 羅永玉1, 陳賽艷1

(1.百色學(xué)院 物理與電信工程系,廣西 百色, 533000; 2.廣州大學(xué) 天體物理中心,廣東 廣州, 510006)

對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的1 806個(gè)MgII (279.6, 280.3 nm) 吸收系統(tǒng)的樣本進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析. 發(fā)現(xiàn)MgI (285.2 nm), FeII (238.2 nm), FeII (258.7 nm)和FeII (260.0 nm)吸收線也常出現(xiàn)在 MgII (279.6, 280.3 nm)吸收系統(tǒng)中, 并且, 與MgII (279.6 nm)的吸收強(qiáng)度相比, 它們的吸收也較強(qiáng), 但是MnII (257.6 nm)和TiII (324.2 nm)吸收線比較少出現(xiàn)在MgII(279.6, 280.3 nm)吸收系統(tǒng)中, 并且很弱.

類星體; 吸收線; 統(tǒng)計(jì)分析

類星體光譜中存在大量的吸收線, 在類星體發(fā)現(xiàn)不久之后, 人們就在類星體的光譜中探測(cè)到了吸收線[1-3]. 類星體吸收線的起源主要包括[4]: 星系、星系際介質(zhì)、類星體的寄主星系、類星體中心附近的高速氣體、高速云. 從吸收線與類星體的關(guān)系來看, 吸收線可分為內(nèi)稟吸收線和插入天體吸收線[5]. 吸收線紅移abs近似等于發(fā)射線紅移em的吸收線, 通常是與類星體有密切聯(lián)系的吸收體產(chǎn)生的, 因此是內(nèi)稟的, 而吸收線紅移abs遠(yuǎn)小于發(fā)射線紅移em的吸收線, 其吸收線紅移是宇宙學(xué)的, 是由類星體與觀測(cè)者之間的吸收體產(chǎn)生的, 所以是插入天體吸收線.

類星體光譜中常見的吸收線有: MgII (279.6, 280.3 nm)、MgI (285.2 nm)、FeII (258.7, 260.0 nm)、Ly-α (121.6 nm)、CIV (154.8, 155.1 nm)、SiIV (139.3, 140.3 nm). 在同一個(gè)吸收體中, 不同元素的電離程度和豐度都可能不同, 因此, 其對(duì)應(yīng)的吸收線強(qiáng)度往往不同. 本文利用文獻(xiàn)[6]的類星體吸收線樣本, 對(duì)MgII (279.6, 280.3 nm)、 MgI (285.2 nm)、MnII (257.6 nm)、TiII (324.2 nm)、FeII (234.4, 237.4, 238.2, 258.7, 260.0 nm)吸收線的等值寬度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.

1 統(tǒng)計(jì)和分析

文獻(xiàn)[6]的類星體吸收線樣本包括1 806個(gè)吸收體, 其吸收線紅移范圍從0.370 7到0.800 0, 吸收線紅移的分布見圖1. 靜止坐標(biāo)系中MgII (279.6, 280.3 nm)的等值寬度分布見圖2和圖3. MgII (279.6 nm)的靜止坐標(biāo)系下的等值寬度主要分布在0.100 nm附近, 其最大值延伸至0.552 nm. MgII (280.3 nm)的靜止坐標(biāo)系下等值寬度主要分布在0.090 nm附近, 其最大值延伸至0.506 nm. 吸收線的飽和程度可以使用譜線的強(qiáng)度比表征[7]. 對(duì)于MgII (279.6, 280.3 nm), 完全飽和的理論邊界是:r279.6/r280.3= 1.0, 完全不飽和的理論邊界是[8]:r279.6/r280.3= 2.0. 靜止坐標(biāo)系中MgII (279.6, 280.3 nm)雙線的等值寬度比值分布見圖4, 其中81%的吸收線處在完全飽和與完全不飽和的理論邊界內(nèi).

圖1 全部吸收線紅移分布, 間隔0.02.

圖 2 Wr279.6分布, 間隔0.1, 最小值0.031 nm, 最大值0.552 nm.

圖3 Wr280.3分布, 間隔0.1, 最小值0.017 nm, 最大值0.506 nm.

圖4 靜止坐標(biāo)系中MgII (279.6, 280.3 nm)雙線的等值寬度的比值分布. 高斯擬合曲線的線心為1.15, 半峰全寬0.49. 虛垂線分別是完全飽和與完全不飽和的理論邊界.

在文獻(xiàn)[6]的1 806個(gè)吸收體的樣本中, 有79%(1 431/1 806)的吸收體探測(cè)到在靜止坐標(biāo)系中等值寬度大于0.010 nm的MgI (285.2 nm)吸收線. MgI (285.2 nm)吸收線等值寬度分布見圖5, 靜止坐標(biāo)系中的最大等值寬度達(dá)到0.367 nm. MgI (285.2 nm)相對(duì)MgII (279.6 nm)的吸收線強(qiáng)度分布見圖6. 從圖6可以看出, MgI (285.2 nm)相對(duì)MgII (279.6 nm)吸收線的強(qiáng)度是比較弱的, MgI (285.2 nm)的吸收強(qiáng)度約只有MgII (279.6 nm)吸收強(qiáng)度的1/5.

圖5 Wr285.2分布, 間隔0.06, 最大值0.367 nm.

圖6 Wr2852/Wr2796分布. 高斯擬合線心為0.21, 半峰全寬為0.27.

在文獻(xiàn)[6]的1 806個(gè)吸收體的樣本中, 有853個(gè)吸收體探測(cè)到在靜止坐標(biāo)系中等值寬度大于0.010 nm的FeII (234.4 nm)吸收線, 占總吸收體樣本的47%. FeII (234.4 nm)吸收線等值寬度的分布見圖7, 靜止坐標(biāo)系中的最大等值寬度達(dá)到0.530 nm. FeII (234.4 nm)相對(duì)MgII (279.6 nm)的吸收線強(qiáng)度分布見圖8. 從圖8可以看出, FeII (234.4 nm)相對(duì)MgII (279.6 nm)吸收線的強(qiáng)度比 MgI (285.2 nm)相對(duì)MgII (279.6 nm)吸收線強(qiáng)度大.

在文獻(xiàn)[6]的1 806個(gè)吸收體的樣本中, 探測(cè)到在靜止坐標(biāo)系中等值寬度大于0.010 nm的 FeII (237.4 nm)吸收線的吸收體, 占總吸收體樣本的42%(767/1 806). FeII (237.4 nm)吸收線等值寬度的分布見圖9, 靜止坐標(biāo)系中的最大等值寬度達(dá)到0.600 nm. FeII (237.4 nm)相對(duì) MgII (279.6 nm)的吸收線強(qiáng)度分布見圖10.

圖7 Wr234.4分布, 間隔0.08, 最大值0.530 nm.

圖8 Wr234.4/Wr279.6分布. 高斯擬合線心為0.35, 半峰全寬為0.47.

圖9 Wr237.4分布, 間隔0.08, 最大值0.600 nm.

圖10 Wr237.4/Wr279.6分布. 高斯擬合線心為0.25, 半峰全寬是0.47.

在文獻(xiàn)[6]的1 806個(gè)吸收體的樣本中, 在靜止坐標(biāo)系中等值寬度大于0.010 nm的 FeII (238.2 nm)的吸收線等值寬度的分布見圖11, 靜止坐標(biāo)系中的最大等值寬度達(dá)到0.900 nm. FeII (238.2 nm)相對(duì)MgII (279.6 nm)的吸收線強(qiáng)度分布見圖12. 從圖11和圖12可知, 在大部分吸收體中(58%, 1 043/1 806)都探測(cè)到了FeII (238.2 nm)吸收線, 并且其吸收強(qiáng)度也很強(qiáng).

在文獻(xiàn)[6]的1 806個(gè)吸收體的樣本中, 接近4/5(77%, 1 389/1 806)的吸收體都探測(cè)到在靜止坐標(biāo)系中等值寬度大于0.010 nm的FeII (258.7 nm)的吸收線. 其吸收線等值寬度的分布見圖13, FeII (258.7 nm)相對(duì)MgII (279.6 nm)的吸收線強(qiáng)度也是比較強(qiáng)的, 其分布見圖14.

FeII (260.0 nm)的吸收線是很常見并且有很強(qiáng)吸收的吸收線. 在文獻(xiàn)[6]的1 806個(gè)吸收體的樣本中, 有88% (1 597/1 806)的吸收體都探測(cè)到在靜止坐標(biāo)系中等值寬度大于0.010 nm的 FeII (260.0 nm)的吸收線. 其吸收線等值寬度分布見圖15, FeII (260.0 nm)相對(duì)MgII (279.6 nm)的吸收線強(qiáng)度分布見圖16.

MnII (257.6 nm)和TiII (324.2 nm)吸收線通常比較弱, 并且比較少出現(xiàn)在光學(xué)波段的類星體光譜中. 在文獻(xiàn)[6]的1 806個(gè)吸收體的樣本中, 只有37% (662/1 806)和20%(357/1 806)的吸收體探測(cè)到在靜止坐標(biāo)系中等值寬度大于0.010 nm的MnII (257.6 nm)和TiII (324.2 nm)吸收線. 其吸收線等值寬度的分布分別見圖17和圖19, 相對(duì)MgII (279.6 nm)的吸收線強(qiáng)度分布分別見圖18和圖20.

圖11 Wr238.2分布, 間隔0.08, 最大值0.900 nm.

圖12 Wr238.2/Wr279.6分布. 高斯擬合的線心是0.52，半峰全寬是0.49.

圖13 Wr258.7分布, 間隔0.1.

圖14 Wr258.7/Wr279.6分布. 高斯擬合的線心為0.35, 半峰全寬為0.46.

圖15 Wr260.0分布，間隔0.08.

圖16 Wr260.0/Wr279.6分布. 高斯擬合的線心為0.55, 半峰全寬為0.50.

圖17 Wr257.6分布, 間隔0.08.

圖18 Wr2576/Wr279.6分布. 高斯擬合的線心是0.13, 半峰全寬是0.22.

圖19 Wr324.2分布，間隔是0.08.

圖20 Wr324.2/Wr279.6分布. 高斯擬合的線心是0.09, 半峰全寬是0.15.

表1 總樣本中探測(cè)到的各種吸收線數(shù)目

2 結(jié)論

進(jìn)行吸收線證認(rèn)時(shí), 每一個(gè)吸收系統(tǒng)至少需要認(rèn)證2條吸收線. 但是由于光譜的原因, 在一個(gè)吸收系統(tǒng)中要證認(rèn)很多條吸收線往往是比較困難的, 特別是要證認(rèn)一些不常出現(xiàn)并且比較弱的吸收線. 在MgII (279.6, 280.3 nm)的雙線吸收系統(tǒng)中, 通常只證認(rèn)MgII (279.6, 280.3 nm). 文獻(xiàn)[6]的MgII (279.6,280.3nm)吸收系統(tǒng)的樣本中, 從前面的統(tǒng)計(jì)分析和表1中數(shù)據(jù)可以看到MgI (285.2 nm), FeII (238.2 nm), FeII (258.7 nm)和FeII (260.0 nm)吸收線也常出現(xiàn)在 MgII (279.6, 280.3 nm)吸收系統(tǒng)中, 特別是FeII (238.2 nm)和FeII (260.0 nm)吸收線, 相對(duì)MgII (279.6 nm)來說, 它們的吸收也是比較強(qiáng)的. 這些常出現(xiàn)并且比較強(qiáng)的吸收線, 將有利于在其它光譜中進(jìn)行吸收線系統(tǒng)的證認(rèn). MnII (257.6 nm)和TiII (324.2 nm)是比較少出現(xiàn)的吸收線, 并且很弱, 這從統(tǒng)計(jì)分析和表1可以很清楚地看到. 對(duì)于這些比較少出現(xiàn)并且很弱的吸收線, 在進(jìn)行吸收線證認(rèn)的時(shí)候, 通常是可以忽略的, 特別是在低分辨率、低信噪比的光譜中, 這些吸收線往往是不能被證認(rèn)的.

[1] Bahcall John N, Salpeter E E. Absorption lines in the spectra of distant Sources[J]. Astrophys J, 1966, 144: 847-851.

[2] Burbidge E M, Lynds C R, Burbidge G R. ON the measurement and interpretation of absorption features in the spectrum of the Quasi-Stellar Object 3c 191[J]. Astrophys J, 1966, 144: 447-456.

[3] Stockton A N, Lynds C R. The remarkable absorption spectrum of 3c 191[J]. Astrophys J, 1966, 144: 451-453.

[4] 陳志福. SDSS類星體譜線的測(cè)量及其應(yīng)用[D]. 廣州: 廣州大學(xué), 2011.

[5] 黃克諒. 類星體與活動(dòng)星系核[M]. 北京: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社, 2005: 345.

[6] Bouché N, Murphy M T, Péroux C, et al. New perspectives on strong~= 0.5 MgII absorbers: are halo mass and equivalent width anticorrelated?[J]. Mon Not R Astron Soc, 2006, 371: 495-512.

[7] Str?mgren B. On the density distribution and chemical composition of the interstellar gas[J]. Astrophys J, 1948, 108: 242-275.

[8] Quider A M, Nestor D B, Turnshek D A, et al. The pittsburgh Sloan Digital Sky Survey MgII Quasar Absorption-line Survey Catalog[J]. Astron J, 2011, 141: 137-145.

The statistical analysis for the equivalent width of absorption lines of quasars

PAN Cai-juan1, CHEN Zhi-fu1,2, CHEN Li1, LUO Yong-yu1, CHEN Sai-yan1

(1. Department of Physics and Telecommunication Engineering of Baise University, Baise 533000, China; 2. Center for Astrophysics of Guangzhou University, Guangzhou 510006, China)

A statistical analysis of 1 806 absorbers in the related paper has been carried out. It was found out that the absorption lines of Mg I (285.2 nm), Fe II (238.2 nm), Fe II (258.7 nm) and Fe II (260.0 nm) were detected in the same Mg II (279.6, 2803nm) absorption system, and had large strongly of absorptions compared to that of Mg II (279.6 nm). However, the absorption lines of Mn II (257.6 nm) and Ti II (324.2 nm) were rarely observed in the same Mg II (279.6, 280.3 nm) absorption system, and often regarded as very weak lines compared to Mg II (279.6 nm) absorption line.

quasar; absoption line; statistical analysis

P158

1672-6146(2012)04-0039-05

10.3969/j.issn.1672-6146.2012.04.008

2012-09-21

廣西省自然科學(xué)基金(2012jjAA10090); 廣西省教育廳科研項(xiàng)目(200911LX410)

潘彩娟(1965-), 女, 副教授, 研究方向?yàn)榛顒?dòng)星系核、星系的形成與演化. E-mail: pancaiiuan@163.com

(責(zé)任編校:江 河)