Prążki w widmach kwazarów

Bożena CzernyCAMK

Nasza najnowsza praca:

1. Historia odkrycia kwazarówPo II wojnie światowej technologia wojskowa – radary – trafiła do astronomii. Rozkwitła radioastronomia.

W szczególności, w roku 1959 radioastronomowie z Cambridge opublikowali Trzeci Katalog Źródeł. Obiekty te oznaczano:

3C + numerekInterferometr, który posłużył do sporządzenia katalogu 4C (Mullard radio astronomy Observatory), UK

1. Historia odkrycia kwazarówObserwacje przynosiły skomplikowane obrazy emisji radiowej:

Mack et al. 1997

1. Historia odkrycia kwazarówSpora część obiektów leżała na niebie tam, gdzie duże galaktyki. Wprowadzono zatem nazwę: radiogalaktyki. Pierwsza odkryta to Cygnus A (3C 405).

Galaktyka 3C 236 N, obraz z HST

1. Historia odkrycia kwazarówNiektóre źródła radiowe nie pasowały jednak do galaktyk – w zakresie widzialnym odpowiadały im obrazy punktowe (quasi-stellar sources – kwazary).

3C 273 – obraz optyczny z 4 m teleskopu KPNO

1. Historia odkrycia kwazarówKwazary to jednak nie gwiazdy – odkrył to w 1963 r. holenderski astronom Maarten Schmidt.

1. Historia odkrycia kwazarówMaarten Schmidt badał nie obraz optyczny, ale widmo kwazara. Na tej podstawie wysunął wniosek, że 3C 273 i inne kwazary to obiekty leżące w odległościach kosmologicznych.

Widmo 3C 273, które badał Maarten Schmidt

z = 0.158

1. Historia odkrycia kwazarów

teleskop z kliszą fotograficzną

1. Historia odkrycia kwazarów

Współczesne amatorskie zdjęcie teleskopem 16 cm.

1. Historia odkrycia kwazarów

Zdjęcia teleskopem HST; widać dżet i galaktykę macierzystą.

2. Widmo promieniowania

Białe światło Słońca po przejściu przez pryzmat rozszczepia się w tęczę. Różne barwy odpowiadają różnej długości fali.

2. Widmo promieniowania

Naprawdę po rozszczepieniu widmo promieniowania Słońca wygląda tak: jasne w całym zakresie widzialnym, ale najbardziej w barwie żółtej), z ciemnymi prążkami Fraunhoffera. Tak odkryto hel.

2. Widmo promieniowania

Promieniowanie ciągłe pochodzi od swobodnych elektronów poruszających się z przyspieszeniem w polu elektrycznym jonów. Promieniowanie liniowe pochodzi od elektronów, które są związane z jonem i zmieniają orbitę.

2. Widmo promieniowania

Promieniowanie ciągłe pochodzi od swobodnych elektronów poruszających się z przyspieszeniem w polu elektrycznym jonów. Promieniowanie liniowe pochodzi od elektronów, które są związane z jonem i zmieniają orbitę.

2. Widmo promieniowania

Z podręcznika Freedman & Kauffman

2. Widmo promieniowania

A tak wyobrażamy sobie strukturę kwazara: wg.Urry & Padovani 1995

3. Przesunięcie linii w widmieEfekt Dopplera

Ruch emitera/absorbera światła względem obserwatora powoduje zmianę długości fali:

Dla małych prędkości:

z = 0.158 dla 3C 273

3. Przesunięcie linii w widmieW widmach kwazarów linie są nieco przesunięte także względem siebie:

• linia węgla CIV jest bardziej niebieska (ma nieco mniejsze z) niż linie wodoru

• linie wodoru praktycznie nie są przesunięte względem linii tlenu OIII które powstają daleko od czarnej dziury

Wiatr dyskowy

4. Poszerzenie liniiEfekt Dopplera powoduje poszerzenie linii zamiast przesunięcia, jeżeli różne atomy emitujące poruszają się z różnymi prędkościami.

Przykład: poszerzenie termiczne

•Temperatura wodoru: około 10 000 K

• Prędkość termiczna: około 10 km/s

• Poszerzenie termiczne linii wodoru Hbeta: 0.02 nm

4. Poszerzenie liniiW przypadku kwazara 3C 273 poszerzenie nie może być termiczne:

4. Poszerzenie linii Poszerzenie linii w dysku akrecyjnym

Linia tlenu z dysku akrecyjnego w gwiaździe symbiotycznej – model (Lee & Kang 2007)

4. Poszerzenie linii

Nie widać efektu podwójności linii. Ale ogólna szerokość pasuje.

4. Poszerzenie liniiMusi być dodatkowy składnik prędkości chaotycznej, ale nie systematycznej, jak w wietrze.

Ale skąd wziąć tę dodatkową prędkość? Tego nie było wiadomo.

5. Rewerberacja: pozytywny aspekt nieudanych badań

Rewerberacja = opóźnienie

Kwazary i inne aktywne galaktyki zmieniają jasność, a jasność linii Hbeta sþóźnia się w stosunku do promieniowania widma ciągłego.

Badania miały wyjaśnić geometrię obszaru produkującego linię.

5. RewerberacjaPomiary dla każdego obiektu zwróciły tylko jedną liczbę: odległość obszaru, gdzie powstaje linia Hbeta, od części centralnych dysku (okolic czarnej dziury), gdzie powstaje widmo ciągłe.

Heathrow – radar

5. RewerberacjaKlęska: jedna liczba to nie mapa Sukces: metoda pomiaru masy czarnej dziury.

R mierzy się z opóźnienia linii, v z szerokości linii, i wylicza sie masę czarnej dziury M. Metoda jest jednak bardzo pracochłonna. Na szczęście okazało się, że w monitorowanych obiektach istnieje prosty związek między opóźnieniem linii a jasnością widma ciągłego danego obiektu

Bentz i in. 2009

6. Nasza praca

Wynik: Temperatura dysku, tam gdzie powstaje Hbeta, jest zawsze ok. 1000 K, niezależnie od obiektu!

6. Nasza pracaDlaczego T=1000 K jest ważne? W takiej temperaturze może powstawać i istnieć pył. Pył jest ważny w astronomii, ponieważ bardzo łatwo pochłania światło widzialne, a zatem:- może przesłaniać obiekt

Widok ku centrum Mlecznej Drogi

6. Nasza pracaDlaczego T=1000 K jest ważne? W takiej temperaturze może powstawać i istnieć pył. Pył jest ważny w astronomii, ponieważ bardzo łatwo pochłania światło widzialne, a zatem:- może powodować wypychanie materii

Zdjęcie HST – asteroida z kometarnym ogonem.

Może powodować wypychanie materii w wyniku działania ciśnienia promieniowania na pył.

6. Nasza praca

Wcześniej wszyscy uważali, że pył znajduje się dużo dalej, w tzw. torusie molekularno-pyłowym.

6. Nasza praca