Astronomiczny Obiekt Miesiąca: Luty 2023

< poprzedni Archiwum następny >

13 lat obserwacji zmienności optycznej kwazarów w OAUJ

Aktywne galaktyki są jednymi z najbardziej energetycznych obiektów we Wszechświecie. W ich aktywnych jądrach (AGN-ach) zachodzą procesy akrecji materii na supermasywną czarną dziurę, które są źródłem promieniowania w szerokim zakresie widma elektromagnetycznego. Są to również obiekty wykazujące zmienność promieniowania. Badając charakter tej obserwowanej zmienności, możemy analizować procesy fizyczne odpowiedzialne za zmiany jasności aktywnego jądra.

Procesy fizyczne stojące za zmiennością w dziedzinie optycznej (w skalach czasowych od dni do dziesięcioleci) są przedmiotem wielu badań. Z teoretycznych rozważań wynika, że kilka różnych mechanizmów może tłumaczyć zarówno skale czasowe, jak i amplitudy zmian jasności, które obserwujemy w AGN-ach. Mogą to być niestabilności dysku akrecyjnego, procesy związane z ewolucją masywnych gwiazd, które wybuchają jako supernowe, lub też zmienności wywołane przez mikrosoczewkowanie grawitacyjne. Każdy z tych mechanizmów skutkuje różnym charakterem zmienności, który możemy badać przy użyciu metod statystycznych.

W 2009 w Obserwatorium Astronomicznym UJ zapoczątkowano regularne monitorowanie zmienności optycznych ośmiu kwazarów. Wyselekcjonowane obiekty posiadają rozciągłe struktury radiowe, przy czym pięć z nich jest zaliczana do gigantycznych radiokwazarów, o rozmiarach struktur radiowych przekraczających 0,7 Mpc. Początkowo obserwacje były wykonywane przy użyciu 50. centymetrowego teleskopu Cassegraina umieszczonego w Obserwatorium Astronomicznym UJ, jednak po pewnym czasie do obserwacji wykorzystano również teleskop znajdujący się na Suchorze (UP) oraz teleskopy robotyczne należące do sieci SKYNET. Dzięki wielu osobom zaangażowanym w obserwacje kwazarów możliwe było uzyskanie krzywych zmian blasku, które obejmują 13-letni okres ich zmienności. Są to unikatowe dane nie tylko ze względu na długość prowadzonych obserwacji, ale również ze względu na częste próbkowanie – obserwacje każdego z kwazarów były wykonywane średnio 3 razy w miesiącu.

Otrzymane krzywe zmian blasku posłużyły do zbadania charakterystycznych skal czasowych zmienności oraz procesu fizycznego, który tłumaczyłby obserwowany charakter zmienności. W tym celu użyto dwóch statystycznych metod: tzw. analizy funkcji struktury (FS) oraz analizy PSD (power spectral density analysis). Na podstawie otrzymanych nachyleń FS i PSD można oszacować, że najbardziej prawdopodobnym procesem, który może być odpowiedzialny za zmienność badanych kwazarów, są niestabilności dysku akrecyjnego, a charakter zmienności można opisać jako „czerwony szum” lub proces błądzenia przypadkowego (damped random-walk process). Nasze analizy pokazały również, że charakterystyczne skale czasowe zmienności tego typu obiektów są znacznie dłuższe niż dotychczasowy czas ich monitoringu. Mogą one sięgać kilkuset, a nawet milionów lat, co przy użyciu konwencjonalnych metod obserwacyjnych pojedynczych obiektów nie jest możliwe do zrealizowania.

Ciekawym, choć nie do końca zrozumiałym wynikiem, jaki otrzymano, jest silna antykorelacja pomiędzy rozmiarem struktur radiowych a nachyleniem funkcji PSD (współczynnik korelacji równy 0,86). Antykorelacja może wskazywać na pewien związek pomiędzy rozmiarem radioźródła a naturą jego zmienności, jednak opiera się ona o dane dla tylko ośmiu obiektów, przez co do jej potwierdzenia potrzebne są dalsze badania większej próbki obiektów.







Oryginalna publikacja: A. Kuźmicz et al., Optical Variability of Eight FRII-type Quasars with 13 yr Photometric Light Curves, ApJS 263 16 (2022).

Opisane wyniki są częścią badań prowadzonych w Zakładzie Astronomii Gwiazdowej i Pozagalaktycznej oraz Zakładzie Radioastronomii i Fizyki Kosmicznej Obserwatorium Astronomicznego Uni Jagiellońskiego. Badania zostały dofinansowane z grantów Narodowego Centrum Nauki: UMO-2018/29/B/ST9/01793 i UMO-2018/29/B/ST9/02298. Krzywe jasności kwazarów zostały wyznaczone przy pomocy symulacji komputerowych z użyciem Infrastruktury PLGrid.


Kontakt:

Agnieszka Kuźmicz Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Jagiellońskiego A.Kuzmicz [@] uj.edu.pl