3C 273 的革命性见解
研究人员使用两个理论模型分析了类星体 3C 273 的发射数据，揭示了理解类星体行为和超大质量黑洞力学的复杂性。
类星体或活动星系核（AGN）被认为是由其中心的超大质量黑洞提供动力的。在宇宙中最亮的天体中，类星体在电磁频谱上发出一系列明亮的光。这种发射携带了有关黑洞及其周围区域性质的重要信息，为天体物理学家提供了可以利用的线索，以更好地了解黑洞的动力学。
理论模型和黑洞动力学
“但是这个几何体延伸多远呢？” 龙问道。“如果你想一下这些发射线来自的区域——我们称之为宽线区域——如果你想象一个旋转的圆盘各向同性地发射，圆盘的每个部分都在相同的温度下发光，你预计会出现两个排放峰值。”
这是因为由于多普勒效应，一个峰值向观察者红移，而另一个峰值远离观察者蓝移。
然而，从类星体 3C 273（以及许多其他类星体）的数据中可以看出，没有两个峰值，而只有一个。这意味着类星体的发射并不遵循最简单的模型，并且正在发生更复杂的事情。天体物理学家将各种模型应用于他们的数据，以研究导致单一发射峰的机制。
云盘风模型分析
为了更好地理解数据变化，德克斯特和朗研究了作为可能的底层机制提出的两个主要理论模型：云模型和盘风模型。对于 Dexter 来说，比较这两个模型可以更深入地了解建模过程本身。
“从中得到的一个重要结论是，如果你的模型错误，你实际上可以测量黑洞质量的不确定性，以量化你的错误程度，”他补充道。“在这种特殊情况下，我们还可以检查一致性，因为我们知道如何从其他数据中看待这个黑洞。[一个]特定模型[可能选择]的视图可能与其他数据不匹配。所以我们可以说这可能是一个不受欢迎的解决方案。对于未来的工作来说，重要的是要记住您选择的模型会影响您获得的测量结果。因此，我们不会知道我们如何看待这些系统，这意味着尝试找出这些模型中哪一个在最多的情况下成立是很重要的。”
深入研究类星体发射力学
云模型提出，在类星体光谱中观察到的发射线来自于中心黑洞附近的电离气体云。朗详细阐述道：“基本上有一堆云在黑洞周围混乱地旋转。这些云形成了单峰，因为您填充了更多球形几何形状，而不仅仅是像星星那样的圆盘。因此，您可以获得一个峰值，因为大部分排放气体不会朝向或远离您移动。这些云处于奇怪的倾斜轨道上，但仍然处于稳定的轨道上，因此你可以测量黑洞的重量。”
虽然云模型适合多个类星体数据集，但其机制似乎并不成立。“有一个谜团，你认为云应该落入这个圆盘并在其中旋转，”德克斯特说。“但是，如果这个过程产生原子气体跃迁，它应该在你看到线条的地方产生这两个峰。但我们所看到的并非如此；它始终是单峰。” 为了解释这种差异，一些天体物理学家推测原子气体膨胀，导致发射光谱发生变化。
为了解决一个和两个峰值排放之间的差异，其他天体物理学家提出了一种不同的模型，称为盘风模型。朗解释说，这个模型表明，观测到的类星体发射“来自嵌入盘中的风的足迹”。“在这个模型中，你仍然可以有一个薄圆盘一直延伸到宽线区域，但现在你的额外假设是你将向圆盘添加剪切力。在我们的研究中，我们添加了几种不同的剪切力，因为我们看到了流出和流入的观测证据，即气体从该区域被吹走或吹进来。”
比较模型和数据
使用科罗拉多大学博尔德分校的超级计算系统，Dexter 和 Long 将盘风模型应用于类星体 3C 273 数据集，以了解其拟合程度。通过计算，德克斯特和朗发现盘风模型确实会将黑洞质量的计算量改变 5 倍。
但盘风模型比德克斯特之前分析过的云模型具有更多的不确定性。“我认为，虽然我们根据我们的结果不喜欢盘风模型，但我们对类星体 3C 273 不喜欢它的唯一原因并不是它实际上与数据的拟合程度差得多——它实际上与数据的拟合程度以及云模型——它要求你以不同于看待云的方式看待磁盘，”朗解释道。
通过将盘风模型与数据进行拟合，Long 和 Dexter 必须重新调整他们对 3C 273 的看法并从侧面观察它。“这告诉我们，我们提出的模型的这个版本可能是错误的，”朗补充道。“但是我们可能可以在盘风模型中添加其他东西，以更好地将其与喷气机对齐，因此我们不完全排除它。”
从他们的结果中，德克斯特和朗可以更好地理解这些不确定性如何影响“称量”超大质量黑洞的更大过程，其他天体物理学家在进一步研究类星体动力学时可以利用这一过程。