黑洞测绘者：SDSS DR20发布全天域超大质量黑洞图谱

数据发布：黑洞研究的新里程碑

斯隆数字天空调查（Sloan Digital Sky Survey，简称SDSS）近日发布了其第五代巡天项目（SDSS-V）中黑洞测绘（Black Hole Mapper，简称BHM）计划的首批重大数据成果，标志着对吸积超大质量黑洞研究的一次标志性扩展。这次发布的数据版本编号为DR20，首次包含了来自南半球拉斯坎帕纳斯天文台（Las Campanas Observatory，位于智利）的光学BOSS光谱数据，同时扩充了位于新墨西哥州阿帕奇角天文台（Apache Point Observatory）的观测数据。

DR20总计发布了超过330万条光学光谱，覆盖约50万个星系和150万个恒星。这些数据不仅为地面光学观测提供了丰富资源，还与多个空间天文台的观测形成协同，推动了多波段天文学发现。这一数据集的发布，是SDSS项目二十五年传统的最新延续，所有数据产品均向全球科研人员、教育工作者和公众开放。

eROSITA协同：解锁高能宇宙

DR20中黑洞测绘计划的核心亮点之一，是SPIDERS子项目（SPectroscopic IDentification of ERosita Sources）。该项目将SDSS的光学光谱观测与德国eROSITA任务的X射线全天巡天图相结合，为约20万个X射线源提供了光学证认和精确的距离测量（红移）。这是迄今规模最大、最均匀的X射线源光谱后续观测数据集。

SPIDERS捕获了数万个发射X射线的星系团和高能恒星系统，但其中绝大多数高能信标实际上是正在活跃吸积的超大质量黑洞，即活动星系核（AGN）或类星体。X射线发射如同信标，使天文学家能够直接窥视这些巨大黑洞的中心引擎，并探测围绕它们的炽热X射线冕。通过测量X射线光度函数——本质上是对不同功率输出和宇宙时期黑洞数量的普查——科学家可以追踪从邻近宇宙到红移接近六的超大质量黑洞增长历史，深入早期宇宙的宇宙黎明时期。

惊人发现：早期宇宙的巨兽

得益于SDSS和eROSITA的联合全天覆盖，这一新数据集为最罕见、最明亮的类星体提供了迄今最严格的约束。调查揭示，早期宇宙中巨大黑洞的数量比预期更多，高红移处最明亮活动星系核的空间密度也高于此前预期。这表明，在早期宇宙中，快速增长的大质量黑洞出人意料地普遍。

研究还发现了更多隐藏的黑洞——传统光学和紫外巡天会遗漏相当一部分吸积黑洞，特别是在较低光度和极远距离处。更令人瞩目的是，通过计算黑洞随时间的总累积增长，研究人员发现，软X射线选出的黑洞仅占本地宇宙总黑洞质量的一小部分。这意味着70%至90%的超大质量黑洞增长发生在厚重的尘埃和气体帷幕之后，或处于连X射线都被抑制的阶段。

德国eROSITA联盟首席研究员、BHM巡天科学家安德烈亚·梅洛尼博士表示："这次发布标志着德国eROSITA联盟与斯隆数字天空调查之间十多年联合规划和科学交流的结晶。通过DR20，我们不仅证明了将X射线和光学光谱数据相结合为天体物理学开辟了新的原创科学视角，也表明大型、国际化和多样化的合作可以有效地为共同目标多年协作。"

时域探测：类星体的内部运作

由于超大质量黑洞本身过于遥远和致密，无法直接成像，BHM利用类星体在不同时域子项目中的标志性变异性来研究其性质。

• 反响映射（Reverberation Mapping，RM）项目：通过在天数到数年的时间尺度上对目标类星体区域进行快速、重复的光谱观测，测量中央吸积盘发射光与周围宽线区发射光之间的时间延迟，从而直接获得跨广泛红移范围的黑洞质量的几何测量。

• 全类星体多历元光谱（All-Quasar Multi-Epoch Spectroscopy，AQMES）项目：在多个历元监测数万个类星体，追踪动力学变化、吸积气体外流、双超大质量黑洞候选体以及在不同状态间转换的戏剧性变脸类星体。

SDSS-V再次表明，大自然比人们此前想象的更加狂野。随着光谱数据的到来，一些光谱的多样性之大，甚至打破了长期开发的标准自动化分析流程。团队不得不进行目视检查，这一目视检查工作也作为DR20的一部分发布。

马克斯·普朗克地外物理研究所高级科学家、eROSITA/SDSS-V合作协调员之一玛拉·萨尔瓦托博士说："作为研究这些奇异天体并学会如何处理它们的团队一员，这非常有趣！这将使最终的SDSS-V/DR22更加出色。"

机器人技术：双半球的高效观测

这一运行上的飞跃得益于SDSS-V的机器人焦面系统（Robotic Focal Plane System，FPS），该系统已安装在阿帕奇角天文台的斯隆基金会2.5米望远镜和拉斯坎帕纳斯天文台的杜邦2.5米望远镜上。这些自动定位机器人能够快速配置光纤，将光导入高吞吐量的BOSS光谱仪，大大加快了多目标观测速率，并实现了动态的目标机会（Target of Opportunity，ToO）观测模式。

开放数据：全球科学界的共享资源

遵循斯隆数字天空调查四分之一世纪的遗产，DR20黑洞测绘计划的所有数据产品均向全球研究人员、教育工作者和公众开放。通过科学档案服务器（SAS）和目录档案服务器（CAS），用户可以通过SciServer计算和SQL查询访问光谱、表格数据和eROSITA对应体目录。

SDSS的Zora和Valis网络界面允许用户交互式搜索目标元数据、检查光谱掩模，并直接在浏览器中或通过Python以编程方式将观测光谱与理论模型进行比较。DR20还提供了一系列增值目录（VAC）和教程，包括专门的AGN拟合VAC、目视检查目录以及指导用户进行多波段分析的分步Jupyter Notebook教程。

SDSS-V主任朱娜·科尔迈耶表示："类星体长期以来一直以变化著称，能够大规模地利用这些变化，跨多个频率来了解黑洞如何随宇宙时间增长和演化，这令人极为兴奋。光学和X射线的结合极其强大，我们为与eROSITA团队在这一跨巡天合作中的共同努力感到自豪。"

科学意义与展望

这次数据发布不仅为天文学家提供了研究超大质量黑洞的宝贵资源，也展示了大型国际科学合作的力量。通过将光学光谱与X射线巡天数据相结合，科学家们得以更全面地理解黑洞的成长历程、活动星系核的物理机制以及早期宇宙的演化图景。

DR20揭示的隐藏黑洞比例之高，意味着传统观测手段可能严重低估了宇宙中黑洞增长的真实速率。这一发现将推动未来观测策略的调整，包括更深入地利用红外和硬X射线波段来穿透尘埃帷幕。

随着SDSS-V继续运行，更多数据将在未来的DR22中发布。届时，结合更完整的观测数据和改进的分析工具，天文学家有望进一步揭开这些宇宙巨兽的神秘面纱，深化我们对黑洞如何塑造星系演化的理解。

原标题：Mapping monsters: Data release unveils all-sky views of supermassive black holes。 来源：phys.org。

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