近日，上海天文台早期宇宙与高红移星系团组通过分析日本Subaru望远镜对著名的COSMOS天区间隔12年的窄波段滤光片成像观测数据，在一批181例有光谱证认的发射线星系样本中，搜寻得到了5例有明显光变的发射线星系，研究发现这类天体光变不太可能是来自中心黑洞活动的影响，而可能与超新星爆发等恒星形成活动相关，初步揭示了发射线星系的光变性质。相关研究成果于2022年11月17日发表在《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal）上。
发射线星系通常具有非常强的Hα、OIII等发射线辐射，其星系的恒星质量相对较低，所含尘埃较少，且具有较活跃的恒星形成活动，通常被认为在早期宇宙中大量存在，其观测证据也被韦布望远镜JWST的首批数据所证实[1]。发射线星系的Hα等星云发射线可示踪星系的恒星形成率，因此被广泛应用于研究不同宇宙时期的星系的恒星形成活动和星系演化，揭示宇宙的恒星形成历史。这类发射线星系能够通过窄波段滤光片成像来高效地搜寻。然而对此类星系的光学光变性质仍缺乏系统性的研究，诸多问题，如此类星系是否会有明显光变、光变的比例如何、为什么光变以及其光变是否会影响恒星形成历史的测量等，仍有待解决。
由中国科学院上海天文台、中国科学院大学、中国科学技术大学、中国科学院云南天文台、极地中心等国内多家研究单位的科研人员组成的研究团队对发射线星系的光学光变性质开展了更进一步的研究。科研人员利用地面8米Subaru望远镜在COSMOS天区前后间隔12年的两次窄波段滤光片成像数据，通过检验对比该天区中一批光谱证认的发射线星系样本在间隔12年的窄波段测光光变，在扣除窄波段滤光片谱型变化的影响后，发现这批星系样本中仅有不到3%的样本具有明显的光变。科研人员还利用该天区的光学、X射线、红外和射电的多波段观测信息进一步的讨论分析了导致发射线星系光变的可能来源。
“在星系的演化过程中，导致星系光变的原因主要有三种：一是活动星系核不稳定的吸积活动，二是活跃的恒星形成活动中超新星的爆发，三是中心黑洞对周边恒星的潮汐撕裂。通过本次的研究发现，在这批光变星系中，活动星系核不是主导因素。”论文第一作者、上海天文台博士研究生林如秋介绍道，“进一步，通过HST的高分辨率图像，我们发现它们显示出并合的形态（图1）。并合星系相对非并合星系一般具有更高的恒星形成效率，与恒星形成活动密切相关的超新星爆发等也更加活跃。这也说明低红移发射线星系的光变可能是与并合过程中的恒星活动相关。”
论文通讯作者郑振亚研究员解释道：“以往的研究，往往把发射线星系当作一个静态样本来研究宇宙恒星形成历史。现在，随着天文巡天大数据的不断丰富，我们得以从动态宇宙的视角来系统检验此类样本的在光学波段的光变性质。我们知道，早期宇宙中星系的恒星形成活动更加剧烈，但直接观测研究那个时期星系的光变非常困难，所以针对它们在低红移宇宙的相似样本的研究，将有助于提高我们对高红移宇宙中星系形成与演化的理解。”
图1. 五个光变发射线星系的光学图像，波段从左到右分别为HSC-NB86， SC-i'， HSC-NB816，HSC-i和HSC/ACS-i。
本项目得到了国家自然科学基金、中智天文合作项目、上海台培育项目、上海市科委基金、中科院PIFI项目和中国空间站项目支持。
参考文献：
[1] Schaerer, D., Marques-Chaves, R., Barrufet, L., et al. 2022, Astronomy and Astrophysics, 665, L4. doi:10.1051/0004-6361/202244556
科学联系人：
林如秋，中国科学院上海天文台，linruqiu@shao.ac.cn
郑振亚，中国科学院上海天文台，zhengzy@shao.ac.cn
