类星体的观测图像是类似恒星的点源，但其亮度却是寄主星系的50到100倍，约为太阳亮度的1000亿倍，被称为宇宙中最明亮的天体。类星体与脉冲星、宇宙微波背景辐射和星际有机分子是20世纪60年代的四大天文发现。在类星体的中心有超大质量黑洞，类星体的反馈一直被认为在星系的形成演化中扮演重要角色，塑造出黑洞和星系的紧密关系。类星体的外流是反馈的主要方式之一，在观测上外流表现为宽吸收线，宽吸收线是诊断吸收体的重要工具。近年来在传统通过激发态吸收线诊断吸收体性质方面取得重要进展，但该方法主要用于密度较小的情况，对诊断高密度的吸收体则一直缺少有效的探针。传统认为类星体光谱中最常见的共振线不具有诊断密度的能力。我们另寻途径发现利用中性氢（H I）结合共振线（比如Al III）吸收线可以有效的诊断吸收体的密度。

中国极地研究中心极区空间物理与天文研究所（筹）南极天文学研究团队在国际顶级天文期刊《The Astrophysical Journal》（IF 5.874）发表了题为“Ultradense Gas Tracked by Unshifted Broad Absorption Lines in a Quasar”的研究论文（参考论文[1]）。该论文的第一作者为田启国博士，通讯作者为周宏岩研究员，其它合作者来自该团队和上海天文台。如图1所示，我们发现当中性氢的柱密度低于一定值时，只要能观测到Al III吸收线，那么吸收体就是高密度。我们使用该方法研究了类星体SDSS J122017.06+454941.1的吸收体的性质，其数密度为10的11.03次方个/立方厘米，距离中心黑洞的距离为0.3秒差距（约1光年），和类星体宽线区的位置类似，其密度比星系尺度（~1000秒差距）的吸收体（见我们之前的工作，参考论文[2]）密度高了约一亿倍。极高的密度意味着吸收体距离黑洞不远，所以该探针可以用于搜寻黑洞周围的气体。

图1、当Al III吸收线可以被探测到时，其柱密度范围（彩色区域）随中性氢柱密度的变化。黑色点线是Al III柱密度的等高线图，灰色点线是总的柱密度。当中性氢的柱密度（取对数）小于16.7（柱密度单位是个/平方厘米）时，只要能探测到Al III 吸收线，那么吸收体的数密度就为高密度（大于100亿个/立方厘米）

参考论文：

[1] Qiguo Tian, Xiheng Shi, Lei Hao, Yipeng Zhou, Zhenzhen Li , Peng Jiang, Shengmiao Wu, Chenwei Yang, Shaohua Zhang and Hongyan Zhou, Ultradense Gas Tracked by Unshifted Broad Absorption Lines in a Quasar, The Astrophysical Journal, 914:13 (13pp), 2021, doi: 10.3847/1538-4357/abf82d

[2] Qiguo Tian, Xiheng Shi, Honglin Lu, Wenjuan Liu, Bo Liu, Peng Jiang, Xiang Pan, Tinggui Wang, Shaohua Zhang, and Hongyan Zhou, Galactic-scale Broad Absorption Line Outflow in the Quasar SDSS J144842.45+042403.1, The Astrophysical Journal, 877:72 (14pp), 2019, doi:10.3847/1538-4357/ab1aa8