近日，我院袁尊理教授团队在射电活动星系核宇宙演化研究方面取得新进展。相关研究成果以“The Steep-spectrum Radio-loud Active Galactic Nucleus Luminosity Function and Its Implications for Black Hole Growth and Star Formation”为题，发表在校定SCI-Top期刊The Astrophysical Journal Supplement Series（ApJS）上。

活动星系核是由星系中心超大质量黑洞吸积物质产生的高能天体物理现象。其中，射电噪活动星系核能够通过相对论性喷流向周围环境注入大量机械能，为研究黑洞增长、活动星系核反馈及星系演化提供了理想实验室。射电光度函数描述不同宇宙时期、不同射电光度天体的空间数密度，是研究这类天体宇宙演化的重要统计工具。然而，部分射电源会受到相对论性聚束效应影响，使其观测光度被显著放大，从而对光度函数及其宇宙演化的测量产生影响。

图1：射电活动星系核及其大尺度喷流结构示意图（图片来源：网络）

针对这一问题，研究团队依托前期构建的射电活动星系核样本，进一步剔除受相对论性聚束效应影响较强的平谱射电源，构建了一个包含4555个陡谱射电噪活动星系核的大样本。在仔细考虑射电谱指数分布和不同巡天完备性的基础上，研究团队对其1.4 GHz射电光度函数进行了系统研究，并采用光度—密度联合演化模型（LADE），将射电活动星系核的宇宙演化分解为光度演化和密度演化两个部分。模型比较结果表明，LADE框架获得了统计上的强有力支持，相较于常用的光度依赖密度演化模型，能够更好地描述观测数据。

研究发现，射电活动星系核的特征光度随红移增加而快速增强，在红移约2-3的“宇宙正午”之后达到峰值，随后趋于平缓或略有下降；与此同时，其整体空间数密度随红移增加而降低。两种演化共同作用，可以自然解释长期以来受到关注的“cosmic downsizing”现象：高光度射电活动星系核的空间数密度在更高红移、即更早的宇宙时期达到峰值，而低光度源的峰值则出现得更晚。研究表明，无需预先假设高、低光度活动星系核遵循完全不同的演化规律，这一现象即可由统一的光度和密度演化框架自然产生。

图2：射电活动星系核与恒星形成星系的宇宙演化可由统一框架描述

另外，非常有趣的是，该研究所获得的射电活动星系核演化模型与团队此前用于描述恒星形成星系的模型具有相同的数学框架。将两类天体独立拟合后得到的模型结合起来，可以同时较好地解释本地宇宙的射电光度函数以及不同流量范围内的射电源计数。这表明，尽管恒星形成星系和射电活动星系核具有不同的物理起源，但二者的宇宙演化可以在统一的框架下进行描述，为系统研究星系恒星形成与中心超大质量黑洞活动之间的联系提供了新的途径。

图3：黑洞吸积历史与恒星形成历史呈现协同演化趋势

研究团队进一步利用射电光度函数估算了陡谱射电噪活动星系核所对应的喷流动力学能量输出和黑洞吸积率密度。结果显示，该类活动星系核所示踪的黑洞增长历史同样在z~2附近达到峰值，其随宇宙时间的整体变化趋势与恒星形成率密度高度相似。这意味着，从星系总体统计意义上看，射电噪活动星系核所示踪的黑洞增长与宇宙恒星形成历史具有较强的同步性，二者可能共同受到宇宙气体供应、暗物质晕增长以及反馈过程等因素的调控。

我校为该论文的第一完成单位，我院2024级博士生王文杰为论文第一作者，袁尊理教授、余洪伟教授为通讯作者，克罗地亚萨格勒布大学Bruno Šlaus博士及我校罗煜副教授参与了该项研究。该研究得到湖南省杰出青年科学基金、国家自然科学基金、湖南省重大基础研究项目、湖南省创新研究群体等项目的资助。

论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4365/ae8b93 

一审：袁尊理

二审：贺兵香

三审：廖洁桥