İki teorik modelin, bulut ve disk rüzgar modelinin karşılaştırılması. Kredi bilgileri: Steven Burrows/Jason Dexter
Araştırmacılar, kuasar 3C 273’ün emisyon verilerini iki teorik model kullanarak analiz ederek, kuasar davranışını ve süper kütleli kara deliklerin mekaniğini anlamadaki karmaşıklıkları ortaya çıkardı.
Yeni bir makalede Astrofizik DergisiJILA Üyesi Jason Dexter, yüksek lisans öğrencisi Kirk Long ve diğer çalışma arkadaşları, belirli bir kuasar olan 3C 273’ün emisyon verileri için iki ana teorik modeli karşılaştırdılar. Dexter gibi astrofizikçiler, bu teorik modelleri kullanarak bu kuasarların zaman içinde nasıl oluştuğunu ve değiştiğini daha iyi anlayabilirler.
Kuasarların veya aktif galaktik çekirdeklerin (AGN), merkezlerindeki süper kütleli kara deliklerden güç aldıklarına inanılıyor. Evrendeki en parlak nesneler arasında yer alan kuasarlar, elektromanyetik spektrum boyunca parlak bir ışık dizisi yayar. Bu emisyon, doğanın doğası hakkında hayati bilgiler taşır. Kara delik ve çevresindeki bölgeler, astrofizikçilerin kara deliğin dinamiklerini daha iyi anlamak için kullanabileceği ipuçları sağlıyor.
İki Modelin Hikayesi
Bir kuasardan yayılan ışık, astrofizikçilere süper kütleli kara deliğin mekaniği hakkında birçok fikir verir. Dexter ve Long için 3C 273 kuasarından gelen emisyon verileri Şili’nin VLT’sindeki bir cihaz olan GRAVITY’den geldi (Çok Büyük Teleskop). “Özellikle, bu çalışmada 3C 273 kuasarına bakmak için, emisyon hattı olarak, yakın kızılötesi ışık (gözlerinizin göremeyeceği kadar kırmızı ama yine de ‘normal’ bir teleskop aynasının yansıtacağı görünür spektruma yeterince yakın) kullandık. Long, “Bu dalga boyu rejimindeki yayılımlara dikkat edin” diye açıkladı.
Önceki bulgulara göre Long ve Dexter, GRAVITY emisyon verilerinin kuasar 3C 273 için bir tepe noktası ortaya çıkarmasını bekliyordu. Bu tek tepe noktası, kuasar emisyon spektrumunun ayırt edici özelliği olsa da, bunu üreten mekanizma, bazı kişilerin bunun olduğuna inandığı gibi hala tartışmaya açık. kara deliğe düşen ve galaktik girdap içinde dönen emisyondan geliyor.
Teorik Modeller ve Kara Delik Dinamiği
“Fakat bu geometri nereye kadar uzanıyor?” diye sordu Long. “Eğer bu emisyon çizgilerinin geldiği bu alanı -geniş çizgi bölgesi olarak adlandırdığımız- düşünürseniz, diskin her parçasının aynı sıcaklıkta parladığı, izotropik ışık yayan dönen bir disk olarak hayal ederseniz, iki emisyon zirvesi görmeyi bekliyoruz.”
Bunun nedeni, Doppler etkisi nedeniyle bir tepe noktasının izleyiciye doğru kırmızıya kayması ve diğerinin izleyiciden maviye kaymasıdır.
Bununla birlikte, 3C 273 kuasarından (ve diğer birçok kuasardan) elde edilen verilerde görüldüğü gibi, iki tepe noktası değil, yalnızca bir tepe noktası vardır. Bu, kuasardan gelen emisyonun en basit modeli takip etmediği, daha karmaşık bir şeyin meydana geldiği anlamına geliyor. Astrofizikçiler, tek emisyon zirvesine neden olan mekanizmaları incelemek için verilerine çeşitli modeller uyguluyor.
Bulut ve Disk-Rüzgar Modeli Analizi
Veri değişikliklerini daha iyi anlamak için Dexter ve Long, olası temel mekanizmalar olarak önerilen iki ana teorik modele baktılar: bulut ve disk rüzgarı modelleri. Dexter’a göre bu iki modeli karşılaştırmak, modelleme sürecinin kendisi hakkında daha fazla fikir verebilir.
“Bunun önemli çıkarımlarından biri, yanlış modele sahipseniz ne kadar hatalı olduğunuzu ölçmek için kara deliğin kütlesindeki belirsizliği gerçekten ölçebilmenizdir” diye ekledi. “Bu özel durumda tutarlılığı da kontrol edebiliriz çünkü bu kara deliğe diğer verilerden nasıl baktığımızı biliyoruz. Şu görüş [a] özel model [may pick may] diğer verilerle eşleşmiyor. Yani bunun muhtemelen tercih edilmeyen bir çözüm olduğunu söyleyebiliriz. Gelecekteki çalışmalar için seçtiğiniz modelin aldığınız ölçümleri etkilediğini akılda tutmak önemlidir. Dolayısıyla genel olarak bu sistemlere nasıl baktığımızı bilemeyeceğiz, bu da bu modellerden hangisinin en fazla sayıda su tuttuğunu anlamaya çalışmanın önemli olduğu anlamına geliyor.”
Kuasar Emisyon Mekaniğini İncelemek
Bulut modeli, kuasar spektrumlarında gözlenen emisyon çizgilerinin, merkezi kara deliğin yakınındaki iyonize gaz bulutlarından kaynaklandığını ileri sürmektedir. Long şöyle açıkladı: “Temelde kara deliğin etrafında kaotik bir şekilde dönen bir grup bulut var. Bu bulutlar tek zirveyi oluşturuyor çünkü yıldız gibi sadece bir disk yerine daha çok küresel tipte bir geometriyi doldurmuşsunuz. Yani bir tepe noktası elde edebilirsiniz çünkü yayılan gazın çoğu size doğru veya sizden uzaklaşmıyor. Bulutlar garip eğik yörüngelerde ama yine de sabit yörüngelerdeler, böylece kara deliği tartabilirsiniz.”
Bulut modeli birçok kuasar veri setine uysa da, mekanizmalar birbirini tamamlamıyor gibi görünüyor. Dexter, “Bulutların bu diskin içine düşmesi ve etrafında dönmesi gerektiğini varsaydığınız bir gizem var” dedi. “Fakat eğer bu süreç atomik gaz geçişleri üretiyorsa, çizgileri gördüğünüz bu iki tepe noktasını da üretmelidir. Ama gördüğümüz bu değil; her zaman tek zirvedir.” Bu farkı açıklamak için birçok astrofizikçi, atomik gazların şişerek emisyon spektrumlarında bir değişikliğe neden olduğunu öne sürüyor.
Bir ve iki tepe emisyon arasındaki eşitsizliği gidermek için diğer astrofizikçiler disk rüzgarı modeli adı verilen farklı bir model önerdiler. Long, bu modelin, gözlemlenen kuasar emisyonlarının “diske gömülü rüzgarların ayak izlerinden geldiğini” öne sürdüğünü açıkladı. “Bu modelde, geniş hat bölgesine kadar ince bir diske sahip olabilirsiniz, ancak artık ekstra varsayımınız, diske kesme ekleyeceğinizdir. Çalışmamızda birkaç farklı makas ekledik çünkü gazların bu bölgeden dışarı veya içeri doğru üflendiği dışarı ve içeri akışlara dair gözlemsel kanıtlar görüyoruz.”
Modelleri ve Verileri Karşılaştırma
Colorado Boulder Üniversitesi’nin süper hesaplama sistemini kullanan Dexter ve Long, disk rüzgarı modelini quasar 3C 273 veri setine uygulayarak bunun ne kadar iyi uyduğunu gördüler. Dexter ve Long, hesaplamalarından disk rüzgarı modelinin kara delik kütlesi için hesaplanan miktarı gerçekten de 5 kat değiştireceğini buldu.
Ancak disk rüzgarı modeli, Dexter’ın daha önce analiz ettiği bulut modelinden daha fazla belirsizliğe sahipti. “Sanırım, sonuçlarımıza dayanarak disk rüzgarı modelini tercih etmemiş olsak da, onu quasar 3C 273 için beğenmememizin tek nedeni aslında verilere çok daha kötü uyması değil – aslında verilere çok daha iyi uyması değil. Bulut modeli — diske, bulutlara baktığınızdan farklı bir şekilde bakmanızı gerektiriyor,” diye açıkladı Long.
Long ve Dexter, disk rüzgarı modelini verilere uyarlayarak 3C 273’e ilişkin görüşlerini yeniden yönlendirmek ve ona yanlardan bakmak zorunda kaldı. Long, “Bu bize, önerdiğimiz modelin bu versiyonunun yanlış olabileceğini gösteriyor” diye ekledi. “Fakat disk-rüzgar modeline onu jete daha iyi hizalayabilecek başka şeyler de ekleyebiliriz, dolayısıyla bunu tamamen göz ardı etmiyoruz.”
Dexter ve Long, elde ettikleri sonuçlardan, bu belirsizliklerin, diğer astrofizikçiler tarafından kuasar dinamiklerini daha derinlemesine incelerken yararlanabilecekleri daha büyük süper kütleli kara deliklerin “ağırlanması” sürecini nasıl etkileyebileceğini daha iyi anlayabilirler.
Referans: Kirk Long, Jason Dexter, Yixian Cao, Ric Davies, Frank Eisenhauer, Dieter Lutz, Daryl Santos, “Quasar 3C 273’ün GRAVITY Gözlemleri ile Aktif Galaktik Çekirdeklerde Geniş Hat Emisyonunun İnce Disk Rüzgar Fırlatma Mekanizması ile Yüzleşme”, Jinyi Shangguan, Taro Shimizu ve Eckhard Sturm, 18 Ağustos 2023, Astrofizik Dergisi.
DOI: 10.3847/1538-4357/ace4bb