Novinky

Nejlepší vědecké výsledky za rok 2016: Minimální velikost korony jako zdroje rentgenového záření v aktivních galaktických jádrech

Galaxie M77 v souhvězdí Velryby je jednou z prvních galaxií, které byly klasifikovány jako Seyfertova typu, tedy jako aktivní galaxie se silným zdrojem vysokoenergetického záření ve svém nitru v důsledku interakcí hmoty s centrální černou dírou. Foto: NASA/Hubble.

Rada Astronomického ústavu vybrala tři nejvýznamnější vědecké výsledky za rok 2016, publikované v odborných časopisech. Dnes představujeme práci Michala Dovčiaka, který se svým týmem studoval koronu akrečního disku černé díry jako zdroje aktivních galaktických jader.

Minimální velikost korony jako zdroje rentgenového záření v aktivních galaktických jádrech
Aktivní galaktická jádra (AGJ) jsou centra galaxií, která výrazně září zejména v rentgenové oblasti spektra a pozoruje se u nich také velká proměnlivost intenzity jejich záření. V jejich centrech se nacházejí supermasivní černé díry pohlcující okolní hmotu, která vytváří kolem nich tzv. akreční disk. Ve své práci vědci studovali rádiově tiché AGJ typu I v Seyfertových galaxiích. Tyto zdroje silně září v rentgenové oblasti spektra, zatímco jejich rádiové záření je velice slabé. V současnosti je za zdroj tohoto rentgenového záření považována korona akrečního disku, kde se fotony termálního záření disku rozptylují na horkých volných elektronech, od kterých získávají svou vysokou energii.

Jedním z nejaktuálnějších problémů týkajících se aktivních galaktických jader je právě původ a geometrické či fyzikální vlastnosti korony jakožto zdroje jejich rentgenového záření. Jaký má korona tvar, je kompaktní či rozsáhlá? Jakými procesy je zahřívaná na tak vysokou teplotu? Jak velké magnetické pole se v ní nachází a jak ovlivňuje její vlastnosti?

V odborném článku se vědci snažili hledat odpověď na první otázku, přičemž použili velice jednoduchou myšlenku. Vycházeli z předpokladu, že všechny rentgenové fotony, které ze zdroje pozorují, jsou původně termální fotony z akrečního disku (v UV oboru) rozptýlené v koroně. Protože je známo, kolik fotonů akreční disk vyzáří, lze odhadnout, jak velká korona musí být, aby k nám z ní přišel pozorovaný počet fotonů za předpokladu, že korona je sféricky symetrická a umístěná nad černou dírou na ose systému. Při výpočtech tohoto typu se musí vzít v úvahu všechny relativistické jevy Einsteinovy teorie gravitace, protože se fotony pohybují velice blízko supermasivní černé díry, kde je gravitace opravdu velmi silná. Zjistilo se, že pro některé zdroje může být korona opravdu poměrně malá. Avšak v jiných pozorovaných zdrojích, konkrétně ve zdroji 1H0707-495, kde se vzhledem k jejich pozorovaným vlastnostem zdálo, že by měla být kompaktních rozměrů, musí být korona rozsáhlá, pravděpodobně protáhlá nad akrečním diskem, která spolu s ním bude rotovat..

Znalost geometrie zářící korony pomůže vysvětlit její pozorované i fyzikální vlastnosti v různých stavech aktivních galaktických jader, což vědcům umožní pochopit procesy probíhající v těchto systémech. Studium korony AGJ je i jedním z témat budoucí velké (L2) rentgenové mise ESA s názvem ATHENA, na které spolupracují i vědci z Astronomického ústavu AV ČR.

Geometrie korony akrečního disku rotujícího kolem černé díry. Korona v aktivních galaktických jádrech se často popisuje jako kompaktní rentgenově zářící oblast nad černou dírou (vlevo). Termální fotony UV záření emitované akrečním diskem černé díry jsou v ní rozptylovány na horkých elektronech, čímž vzniká rentgenové záření. Z našich výpočtů vyplývá, že v některých zdrojích korona nemůže být kompaktní a sférická, ale musí se rozprostírat nad akrečním diskem (vpravo). Na obrázku jsou pro lepší čitelnost znázorněny jen ty fotony z korony, které směřují k pozorovateli. — Geometrie korony akrečního disku rotujícího kolem černé díry. Korona v aktivních galaktických jádrech se často popisuje jako kompaktní rentgenově zářící oblast nad černou dírou (vlevo). Termální fotony UV záření emitované akrečním diskem černé díry jsou v ní rozptylovány na horkých elektronech, čímž vzniká rentgenové záření. Z výpočtů vyplývá, že v některých zdrojích korona nemůže být kompaktní a sférická, ale musí se rozprostírat nad akrečním diskem (vpravo). Na obrázku jsou pro lepší čitelnost znázorněny jen ty fotony z korony, které směřují k pozorovateli.

Autoři:
Dovčiak, M., Done, C.
Kontakt: dovciak@astro.cas.cz

Článek:
   Minimum X-ray source size for a lamp-post corona in light-bending models for AGN
   Astronomical Notes (Astronomische Nachrichten), 337, p. 441-447 (2016)
   Dostupné online: https://arxiv.org/abs/1507.05564