Kwazary – jedne z najjaśniejszych znanych obiektów we Wszechświecie. Choć pierwotnie były uważane za bliskie gwiazdy, dziś wiemy, że są to galaktyki z bardzo jasnym źródłem w centrum – supermasywną czarną dziurą, która akreuje tak duże ilości materii, że część z niej jest zamieniana w energię, której cała galaktyka zawdzięcza swoją nadzwyczajną jasność. Dzięki tej jasności możemy obserwować kwazary, które są bardzo daleko od nas. Pozwala to na próby tworzenia uniwersalnych zależności, które mogą być później wykorzystywane do pomiarów rozmaitych parametrów kosmologicznych, czyli współczynników, które pomagają astronomom między innymi w określeniu geometrii Wszechświata. Zanim jednak stanie się to możliwe, taką relację należy wcześniej skalibrować, czyli poznać i precyzyjnie określić, co dokładnie może mieć na nią wpływ.
Zespół, w którego skład weszli między innymi astronomowie z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie, badał w tym celu tzw. współczynnik zakrycia (ang. covering factor, CF). To parametr określający, jak duża część centralnego źródła kwazara jest widoczna, a jaką zakrywa pyłowy torus – struktura w kształcie obwarzanka okalająca czarną dziurę leżącą wewnątrz kwazara. Graficznie jest to przedstawione na powyższej ilustracji. Istnieją różne sposoby obliczania współczynnika zakrycia, jednak ze względu na dostępne dane dla badanej próbki zespół zdecydował się użyć stosunku dwóch jasności: podczerwonej (na którą składa się promieniowanie pochodzące z pyłowego torusa), oraz optycznej (czyli promieniowanie najbliższego otoczenia supermasywnej czarnej dziury).
Naukowcy chcieli sprawdzić, czy współczynnik zakrycia zależy od przesunięcia ku czerwieni. Czyli, mówiąc w znacznym uproszczeniu, czy dalsze obiekty, położone na dużym przesunięciu ku czerwieni, mają współczynnik zakrycia różny od tych bliższych, położonych na niskich przesunięciach ku czerwieni. Stwierdzono, że w przypadku obiektów, które mają podobnie masywne supermasywne (co skutkuje ogólnym podobieństwem fizycznym kwazarów) nie widać istotnych różnic pomiędzy wartościami współczynnika dla bliskich i dalekich kwazarów.
Zespół zbadał też relacje pomiędzy jasnością podczerwoną i optyczną. Dla grupy obiektów z najlepszymi obserwacjami relacja ta może być dobrze wyznaczona. Na podstawie ilustracji 2 widzimy, że obiekty bliższe (żółte punkty) mają niższe jasności niż obiekty dalsze (czerwone punkty). Udało się także dopasować jedną linię, która dobrze opisuje obie grupy kwazarów.
Na ilustracji (2): Korelacja pomiędzy jasnością podczerwoną (oś pionowa) a jasnością optyczną (oś pozioma). Żółte punkty to obiekty bliższe kwazary (Low-z, dane z teleskopu Spitzera), a czerwone diamenty to dalsze obiekty. Współczynnik kierunkowy o wartości około ~0,9 sugeruje bardzo bliską zależność między oboma jasnościami. Daje to nadzieję na zastosowanie relacji dla obiektów leżących na dalszych przesunięciach ku czerwieni. Wykorzystując metodologię z pracy Risalitti & Lusso 2015 można będzie wykorzystać ją do zastosowań kosmologicznych. Źródło: Publikacja Zespołu.
Dotychczasowe rozważania stawiają jednak i dalsze pytanie, na które odpowiedzi krakowscy naukowcy będą dopiero teraz szukać. Jakiego typu kontaminacje (zanieczyszczenia danych) mogą mieć wpływ na odkrytą relację? Na podstawie już przeprowadzonej analizy zespół podejrzewa, że jednym z istotnych czynników jest otoczenie supermasywnej czarnej dziury – tzw. pył polarny (ang. polar dust) znajdujący się w okolicy jej biegunów. Oprócz tego galaktyka macierzysta może dawać wkład gwiazdowy, lub obecny w galaktyce zimny pył może mieć wpływ na jej emisję w podczerwieni.
Czytaj więcej:
- Oryginalna publikacja: Mateusz Rałowski, Krzysztof Hryniewicz, Agnieszka Pollo and Łukasz Stawarz, Covering factor in AGNs: evolution versus selection (2023). Analiza ukaże się w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics.
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska, Mateusz Rałowski
Źródło: OAUJ w Krakowie
Na ilustracji: Kwazar w wizji artystycznej. Jasne źródło w środku to supermasywna czarna dziura, z której biegunów są emitowane silnie skolimowane strumienie energii. Rozległa struktura widoczna dookoła czarnej dziury to pyłowy torus, którego własności zbadano przy użyciu współczynnika zakrycia w omawianej pracy. Źródło ilustracji: ESO.
