SDSS J101108+553407吸收線紅移大于發(fā)射線紅移的Lyα吸收系統(tǒng)*

潘彩娟，陳志福,，陳 漓，陳賽艷，羅永玉，方美文，李國(guó)強(qiáng)

(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；3. 百色學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)系，廣西 百色 530000)

類星體是20世紀(jì)60年代天文的四大發(fā)現(xiàn)之一，是目前觀測(cè)到的最遙遠(yuǎn)的天體。類星體的光譜存在各種各樣的寬和窄發(fā)射線，同樣也伴隨大量的吸收線。自從類星體光譜中探測(cè)到吸收線以后，關(guān)于類星體吸收線的起源，曾引起長(zhǎng)期的爭(zhēng)論[1-4]。到目前為止，類星體吸收線的起源，仍然不是很清楚?，F(xiàn)在認(rèn)為吸收線系統(tǒng)的起源主要包括：高速的星云；星系際介質(zhì)；星系；類星體的寄主星系；類星體中心附近高密度的氣體[5-6]。這些介質(zhì)能夠產(chǎn)生的吸收線具有不同的紅移，這就是類星體吸收線的多種紅移現(xiàn)象。

類星體吸收線是人類了解宇宙大尺度結(jié)構(gòu)、早期宇宙演化、吸收體的物態(tài)、化學(xué)組成、元素豐度等的一個(gè)重要手段。類星體光譜中的吸收線與觀測(cè)波段、吸收線紅移等因素有關(guān)，在光學(xué)波段的類星體光譜中，常見的吸收線有：Mg Ⅱλλ2796，2803；Mg Iλ2852；FeⅡλ2600；Lyαλ1216；C IVλλ1548，1551；Si IVλλ1393，403。

類星體發(fā)射線紅移為宇宙學(xué)起源，這是普遍接受的觀點(diǎn)，而且一個(gè)類星體通常只有一個(gè)發(fā)射線紅移，但是可以有多個(gè)吸收線紅移。如果吸收線產(chǎn)生于類星體和觀測(cè)者之間的吸收體，吸收體與類星體之間不存在直接聯(lián)系，其對(duì)應(yīng)的紅移是宇宙學(xué)的，這種情況下吸收線的紅移小于發(fā)射線的紅移[7-9]。如果吸收線產(chǎn)生于與類星體存在緊密聯(lián)系的內(nèi)稟吸收體，若吸收線紅移大于發(fā)射線紅移，文[10]作者研究認(rèn)為：吸收線的紅移是吸收體朝類星體運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的多普勒紅移與吸收體的宇宙學(xué)紅移疊加的結(jié)果。對(duì)吸收線紅移大于發(fā)射線紅移的形成機(jī)制[11-16]的解釋主要有：物質(zhì)從類星體拋出后由于受到引力的作用而回落；物質(zhì)位于具有比類星體稍小一點(diǎn)紅移的星系中；類星體附近的向里運(yùn)動(dòng)的云；做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的云和橫向多普勒效應(yīng)引起；類星體發(fā)射線的藍(lán)移。最近，文[5]作者對(duì)一個(gè)具有吸收線紅移大于發(fā)射線紅移的吸收體大樣本進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，認(rèn)為具有比較大的相對(duì)多普勒速度的吸收體，其很可能在向天體中心下落，從而吸收體的紅移大于發(fā)射線紅移。

SDSS(The Sloan Digital Sky Survey)目前已經(jīng)得到了多于12萬(wàn)個(gè)類星體的光譜，這給吸收線的研究工作提供了很大的機(jī)遇。最近，文[17]作者利用他們的軟件認(rèn)證SDSS的類星體光譜中的Mg II吸收線。由于SDSS光譜覆蓋的波長(zhǎng)范圍是380.0 nm～920.0 nm，因此，他們只能認(rèn)證吸收線紅移小于2.3的吸收體。對(duì)于具有更高紅移的吸收線，在SDSS的類星體光譜中，必須利用具有比Mg Ⅱλλ2796，2803更小靜止坐標(biāo)系波長(zhǎng)的譜線進(jìn)行認(rèn)證，比如Lyαλ1216；C IVλλ1548，1551；Si IVλλ1393，1403。Lyα吸收線產(chǎn)生于宇宙演化早期的氫云，因此，Lyα吸收線有利于研究早期的宇宙演化。

在高紅移(Zem>3.3)SDSS類星體光譜認(rèn)證Mg Ⅱλλ2796，2803吸收線的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)SDSS J101108+553407的Lyα發(fā)射線紅端存在比較多的高置信水平吸收線，但是這些高置信水平吸收線都不是Mg Ⅱλλ2796，2803吸收線。由于在觀測(cè)坐標(biāo)系中，最明顯的吸收線出現(xiàn)在波長(zhǎng)略大于Lyα發(fā)射線的區(qū)域，因此懷疑這些吸收線是Lyα吸收線，并且它們具有比發(fā)射線更大的紅移。這些吸收線在目前并沒有被認(rèn)證，因此，在本文中對(duì)這些吸收線進(jìn)行認(rèn)證。

2 數(shù)據(jù)處理和分析

SDSS光譜覆蓋的波長(zhǎng)范圍是380.0 nm～920.0 nm，分辨率是R≈2 000。利用文[17]方法對(duì)光譜進(jìn)行分析。在這項(xiàng)工作中，簡(jiǎn)單介紹文[17]分析光譜的方法。首先對(duì)光譜進(jìn)行銀河系消光改正處理[18]，然后利用SDSS提供的紅移，將光譜轉(zhuǎn)移到源靜止坐標(biāo)系。從光譜中選擇沒有或者僅有很弱發(fā)射線的波段確定冪律連續(xù)譜的初始譜型；采用文[19-20]提供的FeII發(fā)射線模板，并假定FeII的輪廓寬度與相應(yīng)寬發(fā)射線寬度相近確定初始的FeII發(fā)射線譜線；利用最小χ2的方法調(diào)節(jié)初始的冪律連續(xù)譜和初始的FeII發(fā)射線譜線兩個(gè)成份，從而使這兩個(gè)成份與光譜達(dá)到最佳擬合。從光譜中扣除冪律連續(xù)譜和FeII發(fā)射線譜線兩個(gè)成份之后，在光譜中留下的是比較干凈的發(fā)射線和吸收線光譜。在扣除后的光譜中進(jìn)行發(fā)射線擬合。在每一個(gè)發(fā)射線區(qū)域使用一個(gè)或者多個(gè)高斯成份，利用最小χ2的方法調(diào)節(jié)一個(gè)或者多個(gè)高斯函數(shù)與扣除后的光譜數(shù)據(jù)，使發(fā)射線達(dá)到最佳擬合。從光譜中扣除這些發(fā)射線成份之后，留下的就是比較干凈的吸收線。冪律連續(xù)譜成份、FeII發(fā)射線譜線成份和其它發(fā)射線成份構(gòu)成了類星體光譜的主成份。利用類星體的主成份對(duì)類星體光譜進(jìn)行歸零化，在歸零化之后的光譜中認(rèn)證和擬合吸收線。每一條吸收線均利用高斯成分?jǐn)M合，由最小χ2的方法調(diào)節(jié)高斯函數(shù)與歸零化之后的光譜。

每一個(gè)吸收線系統(tǒng)至少需要認(rèn)證兩條吸收線[20]，如果出現(xiàn)雙線吸收線，雙線的寬度比例需要合理。對(duì)每一條吸收線，都估算它的置信水平。1σ的噪音水平由下式計(jì)算得到：

圖1～3是在SDSS J101108+553407的光譜中認(rèn)證得到的吸收線紅移大于發(fā)射線紅移的Lyα吸收系統(tǒng)，其吸收線紅移分別為：3.344 2、3.349 6和3.355 3。在Lyα吸收線系統(tǒng)中，如果出現(xiàn)N Vλλ1238、1242、C IVλ1551吸收線，或者出現(xiàn)其他常見的吸收線，也對(duì)這些吸收線進(jìn)行擬合。這些吸收線的參數(shù)見表1。

圖1 SDSS J101108+553407的Lyα吸收線系統(tǒng)，吸收線紅移是3.344 2。圖中認(rèn)證了兩條吸收線，分別是：Lyαλ1216和CIVλ1551吸收線，黑體虛線代表Lyα發(fā)射線的位置，點(diǎn)線分別是±σ的誤差

Fig.1 The Lyα absorption-line system withzabs=3.3442.The absorption lines of Lyαλ1216 and CIVλ1551 have been identified in this system.The thick dashed line is for the Lyαλ1216 emission line, and the dotted lines represent the error of ±1σ, respectively.

圖2 SDSS J101108+553407的Lyα吸收系統(tǒng)，吸收線紅移是3.349 6。圖中認(rèn)證了四條吸收線，分別是：Lyαλ1216、NVλ1238、NVλ1242和C IVλ1551吸收線，其它線的意義與圖1相同

Fig.2 The Lyα absorption-line system withzabs=3.3496. The absorption lines of Lyαλ1216, N Vλ1238, N Vλ1242, and CIVλ1551 have been identified in this system. For the meaning of other lines, see Fig.1

圖3 SDSS J101108+553407的Lyα吸收系統(tǒng)，吸收線紅移是3.355 3。圖中認(rèn)證了3條吸收線，分別是：Lyαλ1216、N Vλ1238和N Vλ1242吸收線，其它線的意義與圖1相同

Fig.3 The Lyα absorption-line system withzabs=3.3553. The Lyαλ1216, N Vλ1238, and N Vλ1242 lines have been identified in this system. For the meaning of other lines, see Fig.1

3 結(jié)果與討論

如果吸收體和類星體都在同一個(gè)寄主星系中，當(dāng)類星體靜止在宇宙學(xué)共動(dòng)系中，吸收線紅移與發(fā)射線紅移之間的區(qū)別是由吸收體相對(duì)類星體的多普勒運(yùn)動(dòng)引起的。吸收體相對(duì)于類星體產(chǎn)生的多普勒紅移可由下式得到

式中，Zem代表發(fā)射線紅移；Zabs代表吸收線紅移。吸收體相對(duì)多普勒速度可由下式計(jì)算

其中，c為真空中的光速。SDSS J101108+553407的3個(gè)吸收體的多普勒紅移和相對(duì)多普勒速度見表1。

表1 SDSS J101108+553407吸收線參數(shù)

注：λobs為觀測(cè)坐標(biāo)系的波長(zhǎng)；rew為靜止坐標(biāo)系中吸收線的等值寬度；rew_error為靜止坐標(biāo)系中吸收線等值寬度的誤差

文[5]作者對(duì)多普勒紅移的分布進(jìn)行了比較詳細(xì)的研究，他們的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，多普勒紅移的分布存在雙峰結(jié)構(gòu)，峰的位置分別為ZDopp=0.00和ZDopp=0.008 8。他們認(rèn)為第1個(gè)峰是由于吸收體繞天體中心的運(yùn)動(dòng)，并且運(yùn)動(dòng)是遠(yuǎn)離觀測(cè)者而產(chǎn)生的，第2個(gè)峰是由于吸收體正向天體中心下落(非繞轉(zhuǎn))產(chǎn)生的。本文得到的3個(gè)吸收體，其中具有較小多普勒紅移的兩個(gè)吸收體處于文[5]作者的多普勒紅移分布的第1個(gè)峰的區(qū)域，而具有最大多普勒紅移的一個(gè)吸收體處于第2個(gè)峰的區(qū)域。因此，本文認(rèn)證的3個(gè)吸收體的運(yùn)動(dòng)情況和起源均不相同：具有最大多普勒紅移的一個(gè)吸收體，可能起源于類星體物質(zhì)外流的回落，而另外兩個(gè)吸收體很可能起源于繞天體中心轉(zhuǎn)動(dòng)的云團(tuán)，并且這些云團(tuán)位于寄主星系中。對(duì)于這些吸收體的更確切的起源，需要對(duì)同一個(gè)天體進(jìn)行多次觀測(cè)。在后期工作將密切關(guān)注這類天體的觀測(cè)數(shù)據(jù)。

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