Geometria dysków akrecyjnych czarnych dziur

Supermasywne czarne dziury o masie milionów a nawet miliardów Słońc znajdują się w jądrach większości galaktyk, w tym także naszej Drogi Mlecznej. Torus gazu i pyłu krąży wokół czarnej dziury (przynajmniej według większości teorii) i promieniuje w świetle ultrafioletowym, gdy materia opadająca w kierunku czarnej dziury ogrzewa dysk do milionów stopni. Proces akrecji może również zasilać wyrzucanie dżetów strumieni szybko poruszających się naładowanych cząstek. Takie aktywnie akreujące materię supermasywne czarne dziury w galaktykach nazywa się aktywnymi jądrami galaktycznymi (AGN).

Astronomowie, którzy modelują procesy fizyczne w jednym z tych dużych dynam, zaczynają od ruchów gazu i geometrii tego regionu. Ruchy gazu mogą być mierzone bezpośrednio z linii emisyjnych w gazie, zwykle linii optycznych wodoru, które są wzbudzane przez promieniowanie UV. Jeżeli chodzi o geometrię, proste obliczenia szacują, że promień emisji linii gazu powinien wynosić kilka tysięcy jednostek astronomicznych. Ponieważ większość AGN jest zbyt daleko, aby móc zmierzyć tak mały rozmiar, astronomowie zaczęli polegać na technice „mapowania pogłosu”. Promieniowanie z dysku akrecyjnego jest bardzo zmienne. Ponieważ przejście promieniowania ultrafioletowego z dysku akrecyjnego znajdującego się blisko czarnej dziury do gazu emitującego linie emisyjne wymaga czasu, można dostrzec opóźnienie między zdarzeniem w kontinuum, a sygnałem w liniach emisyjnych wodoru.

Anna Pancoast, astronom z CfA, oraz zespół jej kolegów przeanalizowali dane mapowania pogłosu dla czterech aktywnych jąder galaktycznych w celu zbadania ich geometrii, a zwłaszcza objętość gorącego gazu znanego z szybkich ruchów – tak zwanego obszaru szerokich linii – ponieważ linie widmowe mają szerokości odpowiadające trzem tysiącom kilometrów na sekundę. Naukowcy odkryli, że geometrię tego gazu, przynajmniej w badanych czterech AGN, dobrze opisują grube dyski widziane prawie z góry, o średnim promieniu od około 1600 do 4000 au, skrywające czarne dziury o masie około siedemdziesięciu milionów mas Słońca.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
The Geometry of Nuclear Black Hole Accretion Disks

Źródło: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Na zdjęciu: Zdjęcie uzyskane z teleskopu Hubble'a przedstawia galaktykę Circinus wraz z jej aktywnym jądrem galaktycznym (AGN). Astronomowie mierzyli rozmiar regionów akrecyjnych wokół supermasywnych czarnych dziur w czterech odległych AGN za pomocą techniki mapowania pogłosu. Źródło: NASA, Andrew S. Wilson U.Maryland; Patrick L. Shopbell CIT; Chris Simpson Subaru; Thaisa Storchi-Bergmann i F. K. B. Barbosa, UFRGS, Brazylia; oraz Martin J. Ward, U. Leicester