Przejdź do treści

Zmienność kwazara 4C+74.26: związek pomiędzy dżetami i dyskiem akrecyjnym

 4C+74

Kwazar 4C+74.26 leży w odległości blisko 1,4 miliarda lat świetlnych od nas i jest jednym z nielicznych radioźródeł z lobami radiowymi rozciągającymi się na miliony lat świetlnych. Międzynarodowy zespół naukowców kierowany przez dr. Gopala Bhattę z Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie zbadał ten obiekt w oparciu o obserwacje wykonane na różnych częstotliwościach pochodzące z teleskopów kosmicznych i naziemnych. Obserwacje w dziedzinie optycznej były prowadzone głównie w polskich obserwatoriach na Suhorze i w Krakowie. Dane radiowe na częstotliwości 15 GHz zebrano z użyciem 40-metrowego radioteleskopu OVRO (Owens Valley Radio Observatory). W badaniach wykorzystano również pomiary na falach rentgenowskich z kosmicznych teleskopów Swift/BAT i NuSTAR.

Zespół przeanalizował zależności pomiędzy promieniowaniem kwazara na wszystkich badanych częstotliwościach i odkrył, że emisja w zakresie widzialnym jest opóźniona w stosunku do emisji radiowej o około 250 dni. Autorzy badań sugerują, że opóźnienie to może wskazywać na zmiany zachodzące na skutek zaburzeń pól magnetycznych w najbardziej wewnętrznych obszarach dysku akrecyjnego. Modulacje takie najpierw propagują się w relatywistycznych dżetach, a dopiero następnie w dysku. Opóźnienie w emisji na różnych częstotliwościach jest dość rzadko obserwowane i może pomóc w zrozumieniu istotnych problemów współczesnej astrofizyki, takich jak powstawanie relatywistycznych dżetów supermasywnych czarnych dziur czy oddziaływania zachodzące pomiędzy dżetami a dyskiem akrecyjnym.

Kwazary to centralne obiekty galaktyk aktywnych (AGN-ów). Są tak jasne, że ich blask przesłania światło całych galaktyk macierzystych. Są zasilane przez procesy akrecji materii na znajdujące się w ich centrach supermasywne czarne dziury (obiekty o masach rzędu miliardów mas Słońca). Niewielki odsetek kwazarów emituje silnie promieniowanie w zakresie radiowym - są one znane jako kwazary radiowo głośne. Obiekty te wyrzucają w przestrzeń kosmiczną poruszające się z ogromnymi prędkościami, relatywistyczne dżety plazmy. Na obrazach radiowych dżety te rozciągają się na znaczne odległości od aktywnych centrów kwazarów. W niektórych przypadkach można też obserwować w nich struktury wykazujące pozorny ruch nadświetlny z prędkościami zdającymi się dochodzić do 37 wielokrotności prędkości światła.

Obiekty te leżą tak daleko od nas, że ich aktywne jądra nie są szczegółowo widoczne w żadnym ze współczesnych instrumentów obserwacyjnych. Jednak są one wysoce zmienne, a astronomowie potrafią wykorzystać tę zmienność w badaniach procesów zachodzących w ich aktywnych obszarach centralnych. Kwazary, najjaśniejsze źródła na niebie, są też wykorzystywane w badaniach rozkładu ciemnej materii, która kształtuje wielkoskalowe struktury Wszechświata. Obserwacje kwazarów rzucają ponadto nowe światło na kwestie takie jak tworzenie się czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie czy pochodzenie relatywistycznych dżetów.

Gigantyczny kwazar 4C+74.26

Rysunek 1: Gigantyczny kwazar 4C+74.26 na falach radiowych i w zakresie widzialnym dla oka. Kontury radiowe na 1.4 GHz pochodzą z przeglądu NVSS (Condon et al. 1998) i są nałożona na obraz optyczny przeglądu DSS w paśmie R.
Źródło: G. Bhatta et al. (2018).

4C+74.26 to kwazar o lobach radiowych rozciągających się aż na 3 miliony lat świetlnych od centralnej czarnej dziury. Naukowcy z OA UJ przeprowadzili dokładną analizę jego długookresowych krzywych zmian blasku na różnych długościach fali obserwacji. Odkryto, że emisja obiektu w zakresie widzialnym jest opóźniona względem jego emisji radiowej o około 250 dni.

Uważa się, że relatywistyczne dżety galaktyk aktywnych powstają na skutek obecności pól magnetycznych i dysków akrecyjnych wokół obracających się czarnych dziur, a zmiany w ich strumieniu magnetycznym mogą być w naturalny sposób utożsamiane z zaburzeniami i zmianami wartości pola w najbardziej wewnętrznych częściach dysku akrecyjnego. Aby przyjrzeć się tym obszarom centralnym jeszcze dokładniej zespół wykonał dodatkowo analizę spektralną źródła w "twardych" promieniach rentgenowskich rejestrowanych przez teleskop NuSTAR. W badaniach uwzględniono też niektóre z egzotycznych zjawisk zachodzących w centrum AGN-ów, w tym odkształcenia czasu i przestrzeni w pobliżu szybko rotujących, supermasywnych czarnych dziur.

Wyniki badań sugerują, że obserwowana zmienność dysku kwazara w zakresie optycznym i zmienność jego dżetu na falach radiowych są wynikiem zmian (fluktuacji) pola magnetycznego w wewnętrznych obszarach dysku. Wykryte opóźnienie czasowe pomiędzy emisją dysku i dżetu jest z kolei związane z radiacyjną "odpowiedzią" dysku na fluktuacje pola magnetycznego - znacznie bardziej opóźnioną w porównaniu ze skalami czasowymi typowymi dla dżetu poruszającego się w odległościach mniejszych niż parsek od aktywnego jądra.

OVRO - radioteleskop

Rysunek 2: Radioteleskop OVRO. Źródło: wikicommons/caltech.edu.

 

Czytaj więcej:

 

Źródło: OA UJ

Na zdjęciu: Obraz rentgenowski kwazara wykonany z użyciem teleskopu kosmicznego NuSTAR (barwy sztuczne).
Źródło: G. Bhatta et al. (2018)