Związek jasności z dietą czarnych dziur

Grupa badaczy kierowana przez Paulę Sanchez-Saez, doktorantkę na Universidad de Chile, ustaliła, że tempo zmienności ilości promieniowania emitowanego przez materię pożeraną przez supermasywne czarne dziury (SMBH)w jądrach aktywnych galaktyk zależy od tempa akrecji, czyli tempa pożerania materii przez SMBH.

“Promieniowanie emitowane przez opadającą materię (jej jasność) znacząco zmienia się w czasie, bez żadnego stabilnego schematu, dlatego też mówimy, że charakteryzuje się zmiennością. Wiemy, że ona się zmienia, ale jak na razie nie wiemy dokładnie dlaczego. Gdy obserwujemy inne obiekty, gwiazdy czy galaktyki bez aktywnych jąder, ich jasność w czasie jest stała, ale jak przyglądamy się aktywnym galaktykom, ich jasność rośnie i opada całkowicie nieprzewidywalnie. Badaliśmy w jaki sposób amplituda tych zmian emitowanego promieniowania (lub mówiąc prościej amplituda zmienności) związana jest z średnią jasnością AGN, masą supermasywnej czarnej dziury oraz tempem akrecji przez AGN (które związane jest z ilością materii pożeranej przez SMBH w ciągu roku). Wyniki naszych badań wskazują, że przeciwnie do do tego co przyjmowano, jedyną istotną własnością fizyczną, tłumaczącą amplitudę zmienności jest tempo akrecji przez AGN” tłumaczy badaczka.

W ramach badań udało się ustalić, że tylko jedna własność fizyczna pozwala przewidzieć zmienność tych obiektów: tempo akrecji. “To nic innego jak ilość materii opadającej na supermasywne czarne dziury. W zależności od tego czy SMB jest na diecie czy pożera tyle ile może, amplituda zmienności będzie albo wysoka, albo niska. Odkryliśmy, że im mniej materii pożera czarna dziura, z tym większą zmiennością mamy  do czynienia”  mówi Paulina Lira, badaczka z Universidad de Chile oraz badaczka w CATA Center for Excellence in Astrophysics.

Dla Pauli Sanchez-Saez, pierwszej autorki badania, waga tego odkrycia leży w próbie zrozumienia mechanizmu fizycznego odpowiadającego za zmienność, jedną z najbardziej charakterystycznych cech aktywnych jąder galaktycznych. “Wyniki jakie uzyskaliśmy w tym badaniu poddają w wątpliwość dawne przekonanie mówiące, że amplituda zmienności AGN zależy głównie od jego jasności. Uważano tak, bowiem pomiary mas czarnych dziur nie zawsze są możliwe, zatem precyzyjne pomiary tempa akrecji możliwe były tylko w kilku przypadkach. Jednak dzięki danym z przeglądu SDSS możliwe było zmierzenie tych własności fizycznych dla około 2000 obiektów obserwowanych w rapach przeglądu QUEST-La Silla AGN Variability Survey. Dodatkowo, w ramach naszego przeglądu zmienności byliśmy w stanie uzyskać bardzo dobrej jakości krzywe blasku dla dużej liczby obiektów, dzięki czemu mogliśmy badać zmienność każdego obiektu osobno, co było niemożliwe wcześniej. Fakt, że mieliśmy do dyspozycji precyzyjne pomiary własności fizycznych AGNów oraz dobrą charakterystykę zmienności poszczególnych AGNów sprawił, że mogliśmy ustalić, że głównym czynnikiem określającym amplitudę zmienności jest tempo akrecji, albo mówiąc bardziej technicznie proporcja Eddingtona” dodaje.

Dane wykorzystane w tej pracy pochodzą z dwóch źródeł. Do analizy zmienności badacze wykorzystali dane z przeglądu QUEST-La Silla AGN Variability Survey przeprowadzane między 2010 a 2015 rokiem, w ramach którego obserwowano 5 pól pozagalaktycznych. Do zbadania fizycznych własności AGNów wykorzystano publiczne dane widmowe zebrane w ramach Sloan Digital Sky Survey (SDSS).

W przyszłości badacze planują zbadać skalę czasową zmienności tych aktywnych jąder galaktycznych. “Kolejną bardzo ważną cechą jest skala czasowa zmienności tych obiektów. Aby dokładnie zmierzyć tę cechę potrzebujemy krzywych blasku obejmujących ponad 10 lat. Dlatego też musimy poczekać na przyszłe przeglądy, takie jak Large Synoptic Survey Telescope (LSST), które dostarczą nam więcej danych fotometrycznych, tak abyśmy mogli połączyć je z naszymi danymi z przeglądu QUEST-La Silla AGN variability survey, w ten sposób rozciągając nasze krzywe blasku na ponad 20 lat” mówi Paula.

Źródło: Universidad de Chile