类星体作为宇宙中发光最强的活动星系核，是研究遥远宇宙的重要探针，其巨大能量来自于中心超大质量黑洞吸积周围物质所释放出的引力能。按照光谱型态的不同，活动星系核一般被分为两类，有宽发射线的I型活动星系核和只有窄发射线的II型活动星系核。
近几年来，极少数活动星系核光谱中的宽发射线被观测到在几年的时间内会消失，有的在随后几年内甚至又会重新出现宽发射线，这些在短时间内光谱型态发生显著变化的特殊天体被称为“变脸”（changing-look）活动星系核。尽管至今只有20多个这样的特殊天体被发现，但它们严重挑战了天文界普遍认可的活动星系核统一模型。按照此模型，I型活动星系核与II型活动星系核主要是由于相对观测者的视线方向不同所致，短期内二者是很难相互转化的。
目前对于这些活动星系核“变脸”的物理机制还存在争议，主要有三种不同的解释。第一种解释是由于大量物质运动而造成的对中心辐射遮挡效应的不同导致的光谱型态变化。第二种解释是这种转变是活动星系核中心超大质量黑洞在不同时期对周围物质的吸积率变化造成的。第三种解释是一颗恒星被超大质量黑洞潮汐瓦解时造成黑洞吸积的状态在宁静和活动之间转换。
“变脸”类星体核心区域示意图。中心为超大质量黑洞和吸积盘（图片来源于耶鲁大学 Michael Helfenbein）
近年来，北京大学科维理天体物理研究所吴学兵教授领导的团队加入到变脸活动星系核的搜寻中，并发现了21个红移在0.08到0.58之间的变脸类星体。其中10个是利用我国天文大科学工程郭守敬望远镜（LAMOST）的光谱巡天数据发现的，6个是利用中国科学院国家天文台兴隆观测站2.16米光学望远镜的光谱观测发现的，5个是利用美国斯隆数字巡天（SDSS）的光谱数据库发现的。这是国际上首次大规模地发现变脸类星体，使得这类天体被发现的数目增加了一倍。研究论文于2018年8月1日在著名天文刊物美国《天体物理学杂志》（Astrophysical Journal）发表，刚毕业的博士研究生杨倩为第一作者。
北京大学团队发现的21个变脸类星体的转变时标约为1年到13年，证实了在短时间内这些天体的剧烈变化。当这些类星体的活动“开启”（或“熄灭”）时，伴随着连续谱辐射在光学和红外波段的增亮（或变暗）。其中至少10个类星体在光学和红外波段的光变幅度与不同的遮挡消光机制（即上面所提第一种解释）有3σ置信度以上的不符合。此外，这些源在光学波段的颜色是众所周知的“越亮越蓝”，在中红外波段的颜色却是“越亮越红”。这一观测现象可能是由于当活动星系核的活动变得剧烈时，长波端中红外辐射比短波段中红外辐射会更加明显地受到热尘埃辐射的影响所造成的。
左图: 新发现的变脸类星体J1115+0544的光学和中红外波段光变曲线，相同颜色代表同一波段的光变。右图：该变脸类星体间隔十几年的光谱变化。上半部分图中黑色为美国斯隆数字巡天（SDSS）光谱，蓝色为我国郭守敬望远镜（LAMOST）光谱。下半部分给出了两次观测光谱的差异（图片来源于吴学兵团队论文）。
活动星系核变脸的物理机制对于研究活动星系核的演化至关重要。目前，北京大学天文团队正利用国内外望远镜对许多变脸类星体候选体进行光谱观测，有望发现更多的变脸类星体，以促进对这类特殊天体“变脸”物理机制的理解。
本研究得到国家科技部重点研发专项和国家自然科学基金委的经费支持。
论文链接：http://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aaca3a
编辑：白杨
