Bilim insanları, kuasarlardaki süper kütleli kara deliklerin ürettiği radyasyon üzerine yaptıkları çalışmalarla, spektral enerji dağılımının kuasarın içsel parlaklığından etkilenmediğini buldular ve bu da yerleşik inanışlara meydan okuyor. Araştırmaları, standart birikim diski teorisinin gözlemlenen olayları tam olarak açıklayamayabileceğini gösteriyor ve birikim diski rüzgarlarının olası rolünü vurguluyor.
Gökbilimciler, bir kuasarın spektral enerji dağılımının parlaklığından etkilenmediğini keşfettiler, bu da geleneksel teorilere meydan okuyor ve birikim diski rüzgarlarının rolünü vurguluyor.
Çin Bilimler Akademisi’nin (CAS) Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (USTC) Astronomi Bölümü’nden Doçent Zhenyi Cai ve Profesör Junxian Wang, güneş ışınlarının birikmesiyle üretilen optik ila aşırı ultraviyole radyasyonun incelenmesi yoluyla Kuasarların merkezlerinde bulunan süper kütleli kara delikler, spektral enerji dağılımlarının kuasarların içsel parlaklığından bağımsız olduğunu keşfederek bu alandaki geleneksel anlayışı altüst etti.
Dahası, onların çalışması, kuasarların ortalama aşırı ultraviyole spektral enerji dağılımının, klasik birikim diski teorisinin öngörülerinden önemli ölçüde farklı olduğunu ortaya koyuyor. Bu keşif klasik modele meydan okuyor ve yaygın birikim diski rüzgarlarını içeren modeller için önemli destek sağlıyor. Sonuçlar 5 Ekim 2023’te çevrimiçi olarak yayınlandı. Doğa Astronomi.
Şekil 1: Birikme diskinde gaz toplayan ve parlayan süper kütleli bir kara deliğin sanatçı tarafından çizilmiş çizimi. Kredi bilgileri: NASA/JPL-Caltech
Kuasar Arka Planı
Kuasarlar, merkezlerindeki devasa süper kütleli kara deliklerin, ev sahibi galaksilerin çekirdek bölgelerindeki gazı sürekli olarak tükettiği, son derece parlak galaksi dışı nesnelerin bir sınıfıdır. Muazzam yerçekimi potansiyeli enerjisi, gazın oluşturduğu birikim diskinde salınır, onu termal enerjiye ve elektromanyetik radyasyona dönüştürür ve galaksinin anormal derecede parlak bir çekirdeğine neden olur. Kuasarlar, olağanüstü yüksek parlaklıklarından dolayı “kozmik devler” olarak da anılır.
Standart birikim diski teorisine göre, birikim diskleri spektral enerji dağılımında iyi bilinen “büyük mavi çıkıntıyı” üretir ve zirvenin aşırı ultraviyolede olması beklenir. Merkezi ne kadar büyükse Kara delikKütlesi ne kadar büyük olursa, birikim diskinin beklenen sıcaklığı o kadar düşük olur ve aşırı ultraviyole spektrumu da o kadar yumuşak olur. Gözlemler, daha parlak kuasarların (daha büyük süper kütleli kara delik kütlelerine sahip), klasik birikim diski modeliyle tutarlı görünen ünlü Baldwin Etkisi olarak bilinen, nispeten daha zayıf emisyon çizgileri (daha yumuşak aşırı ultraviyole spektrumlarıyla açıklanan) sergilediğini ortaya çıkardı.
Şekil 2: Kuasarların ultraviyole spektral enerji dağılım eğimi (sağ eksen, içi boş veri noktaları), içsel parlaklıktan bağımsızdır ve bu, Baldwin etkisini (sol eksen, katı veri noktaları) açıklayamaz. Kredi bilgileri: Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi
Zorlu Klasik Teoriler
Doçent Zhenyi Cai ve Profesör Junxian Wang’ın araştırması doğrudan büyük örnek kuasarların optikten morötesine spektral enerji dağılımına odaklanıyor. Bu çalışma, yer tabanlı SDSS ve uzay tabanlı GALEX’ten elde edilen gözlemsel verileri kullanarak ultraviyole tespitinin eksikliğini kontrol etmektedir.
Kuasarların ortalama ultraviyole spektral enerji dağılımının, onların içsel parlaklıklarına bağlı olmadığını buldular; bu, yalnızca içsel parlaklıktaki farklılıkların Baldwin etkisini açıklayamayacağını göstermekle kalmıyor, aynı zamanda standart birikim diski teorisinin tahminlerine de meydan okuyor.
Aynı zamanda, araştırmacılar Baldwin etkisi için olası yeni bir fiziksel köken öneriyorlar: daha parlak kuasarlar daha zayıf birikim diski sıcaklık dalgalanmalarına sahiptir, bu nedenle daha fazla emisyon hattı bulutu başlatamazlar.
Şekil 3: Kuasarların ortalama içsel optik-ultraviyole spektral enerji dağılımı (kırmızı veri noktaları), standart birikim diski tahminlerinden (sol panel) önemli ölçüde daha yumuşak, ancak disk rüzgar modeli tahminleriyle tutarlı (sağ panel). Kredi bilgileri: Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi
Yeni Bir Model Önerisi
Buna ek olarak, çalışma galaksiler arası ortamın soğurulmasının etkilerini de düzeltiyor ve kuasarların ortalama aşırı ultraviyole spektrumunun önceki tüm araştırma sonuçlarına göre daha yumuşak olduğunu buluyor. Bu tutarsızlık, standart birikim diski modeline önemli bir zorluk teşkil ediyor, ancak birikim diski rüzgarını içeren modelden elde edilen tahminlerle iyi bir şekilde uyum sağlıyor ve kuasarlarda disk rüzgarlarının yaygınlığını öne sürüyor.
Bu çalışmanın sonuçları, süper kütleli kara delik birikim fiziğinin, kara delik kütle büyümesinin, kozmik yeniden iyonlaşmanın, geniş çizgi bölgelerinin kökeninin, aşırı ultraviyole toz yok oluşunun ve daha fazlasının çeşitli yönlerinin daha derin anlaşılması için geniş çıkarımlara sahiptir. Gelecekte, Çin Uzay İstasyonu Teleskobu (CSST) gibi ultraviyole tespit yeteneklerine sahip uydu projeleri, kuasarların ve benzeri gök cisimlerinin fiziksel özelliklerine ilişkin anlayışımızı büyük ölçüde artıracaktır.
Referans: Zhen-Yi Cai ve Jun-Xian Wang, 5 Ekim 2023, “Optik olandan aşırı ultraviyole kadar kuasarlar için evrensel ortalama spektral enerji dağılımı”, Doğa Astronomi.
DOI: 10.1038/s41550-023-02088-5