Výzkumy v AsÚ AV ČR (24): Ověřování zákrytového modelu proměnných aktivních galaktických jader
Aktivní galaktická jádra jsou předmětem výzkumu na mnoha vědeckých institucích v celém světě, je tedy potěšující, že vědci z AsÚ jsou schopni na tomto poli úspěšně konkurovat zahraničním týmům. Frédéric Marin a Michal Dovčiak se tentokrát podívali na možnosti odhalení zákrytů aktivního galaktického jádra obíhající mlhovinou s využitím polarimetrických pozorování v rentgenové oblasti spektra.
Vědci jsou dnes víceméně za jedno: aktivní galaktická jádra jsou výsledkem akrece („napadání“) materiálu na černou veledíru v centru velkých galaxií. Při tomto procesu okololežící materiál spiráluje k horizontu události, kde je pohlcen a stane se součástí černé díry. Při tomto procesu se okolo gravitačního centra formuje rozsáhlý akreční disk, přičemž potenciální energie padajícího materiálu se přeměňuje na teplo. Horké oblasti akrečního disku pak vyzařují až v daleké rentgenové oblasti spektra. Současně pak vystřelují v polárních oblastech dva úzce směrované výtrysky částic dosahujících relativistických rychlostí. Podle úhlu pohledu se tento komplex jevů klasifikuje jako blazar (směřuje-li polární výtrysk přímo k pozorovateli), kvazar, Seyfertovy až po rádiové galaxie (sledujeme-li objekt z roviny akrečního disku).
V katalozích se s rozvojem rentgenových pozorování množí množství Seyfertových galaxií, u nichž je pozorována významná proměnnost rentgenového záření na časových škálách dnů až roků. Dva modely vysvětlují tyto změny: buď jde o změny probíhající přímo v komplexu aktivního galaktického jádra, nebo může docházet k zakrývání rentgenového zdroje procházejícím chladným oblakem. Frédéric Marin a Michal Dovčiak otestovali druhou z navržených hypotéz. Přesněji řečeno obíhající mlhovina rentgenový zdroj nezakrývá zcela, určitá část záření přes oblak proniká, toto záření je však změněno interakcí s látkou v mlhovině.
K tomu použili počítačový kód Stokes, jehož je F. Marin jedním z autorů. Tento program řeší soustavu matematických rovnic, které popisují průchod záření prostředím. Prostředí ovlivňuje stav fotonů procházejího záření, mezi nimi i jejich polarizaci. Řešit tento problém zcela obecně je nesmírně náročné na potřebný výpočetní výkon, takže program Stokes přistupuje k věci jinak. Zvoleným systémem sleduje let určitého množství fotonů. Původní vlastnosti těchto fotonů jsou zvoleny náhodně, avšak tak, aby statistické vlastnosti tohoto záření odpovídaly očekávaným statistickým vlastnostem světelného zdroje, pokud jde o rozdělení v energiích nebo právě v polarizačních stavech. Program poté vyhodnocuje statistické vlastnosti těchto fotonů po průchodu předepsaným optickým prostředím. Tento přístup, zvaný Monte Carlo (ne náhodou nese jméno po místě známém hazardními hrami založenými na náhodě), umožňuje zahrnout do řešení problémů nezbytně detailní popis fyzikálních procesů ovlivňujících cestu jednotlivých fotonů, což by jinak z důvodů výpočetní náročnosti nebylo možné.
Astrofyzikové z AsÚ tedy zkonstruovali geometrický model složený z akrečního disku, jenž je zdrojem záření, a oblaku neutrálního plynu tento disk obíhajícího. Nastavení geometrického modelu dovolilo vyšetřovat vliv různých jeho vlastností na vystupující záření, zejména na jeho polarizaci. Podobně mohli studovat vliv vlastností akrečního disku, včetně efektů obecné teorie relativity. I ta totiž ovlivňuje šíření elektromagnetických vln a ovlivňuje tedy „vzhled“ objektů se silným gravitačním polem: takovými aktivní galaktická jádra jistě jsou.
F. Marin a M. Dovčiak v článku přijatém k publikaci v Astronomy & Astrophysics uzavírají, že pokud budou k dispozici polarimetrická pozorování měnících se jader Seyfertových galaxií, mělo by být principiálně možné rozlišit původce těchto změn mezi dvěma zmíněnými modely. Pokud jde o zakrývání aktivního jádra oblakem plynu, měly by se charakteristicky měnit polarizační vlastnosti přicházejícího rentgenového záření. Bohužel se zdá, že žádný ze v současnosti aktivních přístrojů takových pozorování není schopný. Ověření tedy zůstává úkolem pro budoucí kosmické sondy.
Reference: Marin, F. a Dovčiak, M., X-ray polarization fluctuations induced by cloud eclipses in active galactic nuclei, Astronomy & Astrophysics in press (2014), ArXiv:1411.4806
Kontakt: Dr. Frédéric Marin, frederic.marin@asu.cas.cz
Převzato z webu Astronomického ústavu AV ČR.