Naukowcy z USTC przeprowadzili badania, które mają istotne konsekwencje dla naszego zrozumienia fizyki akrecji supermasywnych czarnych dziur w centrach kwazarów.
Profesorowie CAI Zhenyi i WANG Junxian z Wydziału Astronomii Chińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii (USTC) Chińskiej Akademii Nauk (CAS) odkryli, że promieniowanie optyczne generowane przez akrecję supermasywnych czarnych dziur w centrach kwazarów jest niezależne od wewnętrznej jasności tych kwazarów. To odkrycie wywraca tradycyjne rozumienie w tej dziedzinie. Badania profesorów ujawniły również znaczące odchylenie średniego rozkładu energii widmowej kwazarów w skrajnym ultrafiolecie od przewidywań klasycznej teorii dysku akrecyjnego. Odkrycie to stanowi wyzwanie dla klasycznego modelu i stanowi istotne wsparcie dla modeli, które uwzględniają rozległe wiatry dysku akrecyjnego. Wyniki tych badań zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Astronomy 5 października 2023 roku.
Kwazary to niezwykle jasne obiekty pozagalaktyczne, których centra zawierają masywne supermasywne czarne dziury, nieustannie pożerające gaz w jądrach swoich galaktyk macierzystych. Energia grawitacyjna jest uwalniana na dysku akrecyjnym, gdzie gaz przekształca się w energię cieplną i promieniowanie elektromagnetyczne, tworząc jasne jądro galaktyki. Kwazary są znane jako „kosmiczne behemoty” ze względu na swoją wyjątkowo wysoką jasność. Według standardowej teorii dysków akrecyjnych, dyski te wykazują charakterystyczne „big blue bump” w widmowym rozkładzie energii, z maksimum w obszarze skrajnego ultrafioletu. Im większa masa centralnej czarnej dziury, tym niższa oczekiwana temperatura dysku akrecyjnego i tym bardziej miękkie jest widmo skrajnego ultrafioletu. Obserwacje wykazały, że bardziej jasne kwazary, które posiadają większe masy supermasywnych czarnych dziur, wykazują stosunkowo słabsze linie emisyjne, co jest wyjaśniane przez bardziej miękkie widma w skrajnym ultrafiolecie. Ten efekt jest znany jako efekt Baldwina, który wydaje się być zgodny z klasycznym modelem dysku akrecyjnego.
Badania profesorów CAI Zheny i WANG Junxina dotyczą rozkładu energii widmowej kwazarów w zakresie od optycznej do UV. W trakcie tych badań wykorzystano dane z naziemnego przeglądu SDSS oraz z kosmicznego teleskopu GALEX w celu skorygowania niekompletności detekcji UV.
Wyniki badań wykazały, że średni rozkład energii widmowej kwazarów w zakresie UV nie zależy od ich jasności wewnętrznej. To odkrycie sugeruje, że różnice w jasności wewnętrznej nie wyjaśniają efektu Baldwina i podważa przewidywania standardowej teorii dysku akrecyjnego.
Naukowcy również zaproponowali nowe fizyczne źródło efektu Baldwina. Według ich teorii, bardziej jasne kwazary mają słabsze fluktuacje temperatury dysku akrecyjnego, co uniemożliwia im wyemitowanie większej liczby chmur linii emisyjnych.
Dodatkowo, w ramach badania skorygowano wpływ absorpcji ośrodka międzygalaktycznego. Istotnym odkryciem było stwierdzenie, że średnie widmo kwazarów w skrajnym UV jest bardziej miękkie niż wyniki badań wcześniejszych. Ta rozbieżność stanowi poważne wyzwanie dla standardowego modelu, który obejmuje wiatry dysku akrecyjnego. Sugeruje to istnienie wiatrów dyskowych w kwazarach.
Wyniki tego badania mają szerokie implikacje dla lepszego zrozumienia różnych aspektów fizyki akrecyjnej supermasywnych czarnych dziur, takich jak wzrost ich masy, kosmiczna rejonizacja, pochodzenie obszarów szerokiej linii, ekstremalna ekstynkcja pyłu w UV i wiele innych. W przyszłości, projekty satelitarne umożliwiające detekcję promieniowania ultrafioletowego, takie jak Chinese Space Station Telescope (CSST), będą miały ogromne znaczenie w dalszym zgłębianiu fizycznych właściwości kwazarów i podobnych obiektów niebieskich.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- USTC Researchers Revolutionize Understanding of Supermassive Black Hole Accretion Radiation in Quasars
- A universal average spectral energy distribution for quasars from the optical to the extreme ultraviolet
Źródło: University of Science and Technology of China
Na ilustracji: Wizja artystyczna supermasywnej czarnej dziury akreującej gaz i świecącej w dysku akrecyjnym. Źródło: Pixabay
