近日，中国科学院上海天文台郑振亚研究员带领的早期宇宙与高红移星系团组，与中国科学院大学、中国科学技术大学、美国宇航局戈达德太空飞行中心、加拿大曼尼托巴大学等国内外多家研究单位的科研人员开展联合研究，主要基于郭守敬望远镜（LAMOST）发现的目前最大的绿豌豆（Green Pea，GP）星系样本，在近1550例绿豌豆星系中发现了5例具有双峰窄线的特殊星系。经进一步分析，研究团队发现这类特殊天体可能起源于活动星系核（Active Galactic Nuclei，AGN）的合并。这一研究结果有望揭示绿豌豆星系这一类特殊致密星系中的大质量星系和超大质量黑洞的联合演化特征。相关成果于2023年7月19日在国际期刊《皇家天文学会月刊》(MNRAS,2023,524 ,2224)上发表。论文链接：点击这里。
绿豌豆星系，因其呈现为绿色、且致密的光学形态而得名，具有极强的发射线，特别是电离氧[OIII]发射线。绿豌豆星系通常是质量较小、贫金属丰度、恒星形成活动活跃的低红移星系，被认为是早期星系在近邻宇宙中的对应体。部分绿豌豆星系中显示出活动星系核的活动迹象，体现了核区超大质量黑洞活动的特征。因此，系统地搜寻研究绿豌豆星系能够帮助天文学家更深入地理解早期星系的形成与演化，同时，研究绿豌豆星系的AGN样本为开展早期超大质量黑洞与寄主星系的联合演化的研究带来了启示。
图1 左列为五个双峰窄线豌豆星系的Pan-STARR光学gri三色伪彩图（尺寸为10角秒×10角秒）。右列为光谱发射线拟合结果。黑线为观测光谱，蓝线为拟合成分，红线为模型光谱。
由中国科学院上海天文台郑振亚研究员带领的早期宇宙与高红移星系团组牵头的联合研究团队，基于LAMOST的河外巡天项目的绿豌豆星系样本，对LAMOST光谱发射线轮廓进行了分析（如图1）。LAMOST河外巡天项目的绿豌豆星系样本是目前最大的豌豆星系光谱搜寻样本，囊括近1550例豌豆星系光谱，比此前的美国斯隆数字巡天（Sloan Digital Sky Survey，SDSS）项目中光谱证认的豌豆星系样本数目提升了一倍以上。研究人员发现，在近1550例豌豆星系光谱中，仅有5例具有明显双峰窄线的绿豌豆星系，根据X射线、中红外、射电等多波段测光和光谱数据，利用能谱拟合和光学谱线诊断的方法高度可信地认证了该样本中的AGN活动。结合发射线轮廓以及光学形态，研究人员认为，这些星系的双峰轮廓的物理来源更可能是双活动星系核的合并，而不是外流或气体盘。
论文第一作者、上海天文台博士研究生林如秋表示，这5例绿豌豆星系的双峰发射线的成分非常窄，形态致密无法分辨盘结构而且没有明显倾斜角度，因此双峰源于外流或者气体盘的可能性低。论文通讯作者、上海天文台郑振亚研究员表示，这5例绿豌豆星系比一般II型活动星系核中的双峰发射线星系有更强的[OIII]发射线的等值宽度（等值宽度定义为线强与连续谱的比值），而导致这个现象的原因可能与早期宇宙中星系并合相关。
接下来，LAMOST第三期光谱巡天计划中绿豌豆星系的巡天项目将有望为我们提供更多此类特殊星系的样本，从而进一步揭示大质量星系和超大质量黑洞的联合演化情况。
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参考文献：
[1] Cardamone C., Schawinski K., Sarzi M., Bamford S.~P., Bennert N., Urry C.~M., Lintott C., et al., 2009, MNRAS, 399, 1191. doi:10.1111/j.1365-2966.2009.15383.x
[2] Liu S., Luo A.-L., Yang H., Shen S.-Y., Wang J.-X., Zhang H.-T., Zheng Z., et al., 2022, ApJ, 927, 57. doi:10.3847/1538-4357/ac4bd9