汪夢欣，羅阿理

1. 中國科學(xué)院光學(xué)天文重點實驗室(國家天文臺)，北京 100101 2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

引 言

在冷暗物質(zhì)宇宙學(xué)模型中,存在著星系的等級式成團理論，星系并合會產(chǎn)生不同尺度距離的星系對[1]間的并合過程會觸發(fā)星暴以及超大質(zhì)量黑洞活動的觸發(fā)條件及結(jié)果也取決于并合星系的類型和氣體含量等。當(dāng)兩個星系并合到kpc尺度時，兩者的核球還是相互獨立的，并合促使兩者圍繞著新的質(zhì)量中心旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度約幾百km·s-1，來自于兩個并合源窄線區(qū)的窄發(fā)射線在視線投影方向會分別出現(xiàn)藍(lán)移和紅移現(xiàn)象，當(dāng)這個速度差足夠大，并且我們用一個光譜儀狹縫或者光纖在合適的傾角下去捕捉這個并合源的光，在光譜上會表現(xiàn)出窄線雙峰的特征[2]。過往的研究也表明在大樣本光譜巡天中去搜尋帶有雙峰窄發(fā)射線特征的星系是一種找到雙活動星系核(AGN)候選體的有效辦法[3-4]。

所謂星族，顧名思義就是在年齡、化學(xué)成分、空間分布及運動學(xué)特征方面非常接近的大量恒星的集合，星系的星族成分表征了其內(nèi)部恒星的形成及化學(xué)增豐歷史，為研究星系形成與演化提供了寶貴的信息。而星族合成就是基于星系的積分特征(如光譜、譜線指數(shù))來確定其內(nèi)部恒星構(gòu)成的方法。

我們將基于郭守敬望遠(yuǎn)鏡(LAMOST)的DR4巡天的河外光譜數(shù)據(jù)，構(gòu)建一組雙AGN候選體樣本，并對這批樣本的寄主星系的特性進行分析，了解這批特殊樣本其宿主星系的物理特性。

1 雙AGN候選體的構(gòu)建

我們的樣本來源于LAMOST DR4星系和類星體數(shù)據(jù)集，約153 000條光譜數(shù)據(jù)?；贚AMOST光譜數(shù)據(jù)特點，篩選出在重要發(fā)射線波段處表現(xiàn)出窄線雙峰特征的目標(biāo)。在初始階段，通過對這批樣本光譜信噪比、紅移以及發(fā)射線等值寬度這些值的挑選，得到一批高質(zhì)量的發(fā)射線星系樣本，并對這些樣本進行人眼篩選，挑出其中在關(guān)鍵的發(fā)射線Hα-[OⅢ]λλ4959, 5007以及Hβ-[NⅡ] λλ6548, 6584譜線輪廓上均表現(xiàn)出趨勢相對一致的雙峰結(jié)構(gòu)或者強不對稱性的光譜。LAMOST光譜中不僅包含有來自于星系核區(qū)的光，還有來自于寄主星系的恒星光。為了能對發(fā)射線譜線進行更精確的測量，我們對樣本進行了星族合成STARLIGHT軟件[5]重構(gòu)其中的恒星成分。純發(fā)射線光譜輪廓由發(fā)射線的若干種不同的動力學(xué)成分構(gòu)成，主要可以分為三類，窄線成分(Hβ, [OⅢ], Hα, [NⅡ]), [OⅢ]的線翼，寬的Balmer發(fā)射線。為了對這三類動力學(xué)成分進行區(qū)分并判斷其譜線是否存在紅藍(lán)偏移的雙成分，構(gòu)建了三種高斯模型來描述。采用非線性最小二乘方法進行擬合，并以卡方最小的擬合模型作為最優(yōu)解。我們檢查每個擬合，找出其中譜線輪廓擬合適用于多高斯模型的光譜。我們最終確定了325個源，表現(xiàn)出明顯的窄線雙峰或者強不稱性的輪廓結(jié)構(gòu)。圖1給出其中一個源的擬合結(jié)果作為示例。

圖1 窄線雙峰星系光譜多高斯擬合示例

窄線雙峰中的紅移和藍(lán)移成分可能由于不同光源的電離所激發(fā)，因此我們借助BPT圖來鑒別每個成分的來源，對這325個源的紅移和藍(lán)移成分進行了BPT分類。圖2給出了這325個雙峰源的BPT分類圖。我們采用Kewley等2001年提出的恒星形成星系和AGN的分界線[6]，以及Cid Fernandes等2010年提出的Seyfert Ⅱ與LINER的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)[7]，

圖2 325個窄線雙峰源的BPT分類

最終確定了在這325個目標(biāo)中共28個源其紅移藍(lán)移雙成分均落在BPT圖的Ⅱ型AGN區(qū)間內(nèi)，為我們的樣本中最可能的雙AGN樣本。

2 雙AGN候選體的光譜合成

為了對LAMOST中的雙AGN候選體這批特殊目標(biāo)的寄主星系的物理特性有更深入的了解，我們將其星族合成結(jié)果與LAMOST的普通Ⅱ型AGN的星族合成結(jié)果進行了對比，尋找兩者的異同。這里選用的對照樣本來源于Wang等2018年對LAMOST DR4的星系樣本特征分類后構(gòu)造的Ⅱ型AGN源的復(fù)合譜[8](我們稱為單AGN復(fù)合譜)。我們的28個雙AGN候選體其原始光譜在pipeline處理時都經(jīng)過了天光背景扣除、大氣吸收帶扣除、波長定標(biāo)。接著對其所有光譜進行了銀河系消光改正，將其移回靜止波段，并將所有光譜插值為統(tǒng)一的波長步長，波長范圍為3 701～8 500 ?。我們采用傳統(tǒng)的選取中值方法將28條雙AGN候選體的光譜進行了合并，這樣可以更直觀的了解各個類型星系樣本的星族成分，同時提高了光譜的信噪比。接著選用STARLIGHT軟件分別對單AGN復(fù)合譜和我們的雙AGN候選體樣本的并合譜來進行星族合成。我們選用了BC03[9]模型中的45條簡單星族(SSP)，覆蓋了15個不同年齡和3種金屬豐度。在擬合時，針對Ⅱ型AGN光譜中的非恒星成分，我們還添加了一個冪律譜。圖3和圖4分別給出了兩者的結(jié)果。這兩個圖有相同的布局排列和標(biāo)志含義。圖中的左側(cè)兩個小圖繪出了輸入譜、合成譜以及殘差譜，也就是純發(fā)射線譜，右側(cè)兩個小圖給出了星族信息，分別畫出了每條SSP對總合成譜的光度貢獻百分比(右上小圖)以及質(zhì)量貢獻百分比(右下小圖)。

表1 單AGN復(fù)合譜和雙AGN候選體并合譜中的星族貢獻百分比

圖3 單AGN復(fù)合譜的擬合結(jié)果

3 星族合成結(jié)果對比

為了對相關(guān)星族信息有一個更易理解更直觀化的分析，我們按照Fernandes等采用的的劃分標(biāo)準(zhǔn)[5]，將15個年齡的SSP分為老年星族(年齡≥1×1010yr)、中等年齡星族(6.4×108yr≤年齡≤5×109yr)及年輕星族(年齡≤5×108yr)，表1中列出了每個量化的年齡區(qū)域中的SSP對光度貢獻的百分比。結(jié)合表1及圖3和圖4，我們對兩者的異同進行分析，針對不同年齡星族的貢獻，兩者中占主導(dǎo)的星族均為中等年齡星族，年輕星族貢獻的很少，這個結(jié)論也與我們預(yù)想的一致，因為Ⅱ型AGN是被認(rèn)為由核活動主導(dǎo)，其中的恒星活動強度很弱。相比于單AGN復(fù)合譜，雙AGN候選體樣本合成的并合譜中具有更多的來自于中等年齡及老年星族的貢獻，反映出更劇烈的中心黑洞。在金屬豐度影響方面，對照樣本占主導(dǎo)的星族為太陽金屬豐度的星族Z⊙，而雙AGN候選體合并譜中貢獻較多的星族為亞太陽金屬豐度星族0.2 Z⊙和富金屬豐度星族2.5 Z⊙，表現(xiàn)出了異性特征，也預(yù)示著這類樣本中恒星形成歷史更加復(fù)雜，呈現(xiàn)出了多樣化。在冪律譜成分貢獻方面，對照樣本中冪律譜成分占比為8.2%，明顯高于雙AGN候選體合并譜中冪律成分的貢獻。觀察圖3和圖4中描繪質(zhì)量貢獻百分比的右下小圖我們發(fā)現(xiàn)，對于兩個光譜而言，老年星族貢獻了其大部分質(zhì)量，這個原因可能要歸因于年輕的大質(zhì)量性比老年星要演化的快很多。

圖4 雙AGN候選體并合譜的擬合結(jié)果