Медианное УФ SED в кадре покоя. Художественная иллюстрация сверхмассивной черной дыры, аккрецирующей газ и сияющей в аккреционном диске. 1 кредит

Благодаря изучению излучения от оптического до крайнего ультрафиолетового, генерируемого аккрецией сверхмассивных черных дыр в центрах квазаров, доцент Цай Чжэньи и профессор Ван Цзюньсянь с факультета астрономии Китайского университета науки и технологий (USTC) Китайская академия наук (CAS) обнаружила, что их спектральное распределение энергии не зависит от внутренней яркости квазаров, опрокидывая традиционное понимание в этой области.

Их исследование выявило существенное отклонение среднего спектрального распределения энергии квазаров в крайнем ультрафиолетовом диапазоне от предсказаний классической теории аккреционного диска. Это открытие бросает вызов классической модели и обеспечивает существенную поддержку моделям, которые включают широко распространенные ветры аккреционного диска. Результаты были опубликованы онлайн 5 октября 2023 года в журнале Nature Astronomy.

Квазары — это класс чрезвычайно ярких внегалактических объектов, в центрах которых массивные сверхмассивные черные дыры постоянно поглощают газ в ядрах родительских галактик. Огромная гравитационная потенциальная энергия высвобождается на аккреционном диске, образованном газом, преобразуясь в тепловую энергию и электромагнитное излучение, в результате чего образуется аномально яркое ядро галактики.

Квазары также называют «космическими гигантами» из-за их исключительно высокой собственной светимости. Согласно стандартной теории аккреционного диска, аккреционные диски создают хорошо известный «большой синий выступ» в спектральном распределении энергии, пик которого ожидается в крайнем ультрафиолете. Чем больше масса центральной черной дыры, тем ниже ожидаемая температура аккреционного диска и тем мягче спектр крайнего ультрафиолета.

Наблюдения показали, что более яркие квазары (с большей массой сверхмассивных черных дыр) демонстрируют относительно более слабые эмиссионные линии (объяснимые более мягкими спектрами крайнего ультрафиолета), известные как знаменитый эффект Болдуина, который, по-видимому, согласуется с классической моделью аккреционного диска.

Исследования доцента Цая Чжэньи и профессора Ван Цзюньсяня сосредоточены непосредственно на спектральном распределении энергии от оптического до ультрафиолетового диапазона квазаров большой выборки. В исследовании используются данные наблюдений наземного SDSS и космического GALEX с учетом неполноты обнаружения ультрафиолета.

Они обнаружили, что среднее распределение энергии квазаров в ультрафиолетовом спектре не зависит от их собственной яркости, что не только предполагает, что различия в собственной яркости не могут объяснить эффект Болдуина, но и бросает вызов предсказаниям стандартной теории аккреционного диска. В то же время исследователи предполагают возможное новое физическое происхождение эффекта Болдуина: более яркие квазары имеют более слабые колебания температуры аккреционного диска, поэтому не могут запускать больше облаков эмиссионных линий.

Кроме того, исследование корректирует эффекты поглощения межгалактической среды и обнаруживает, что средний спектр крайнего ультрафиолета квазаров мягче, чем все предыдущие результаты исследований. Это несоответствие представляет собой серьезную проблему для стандартной модели аккреционного диска, но хорошо согласуется с предсказаниями модели, включающей ветер аккреционного диска, что предполагает преобладание дисковых ветров в квазарах.

Результаты этого исследования имеют широкое значение для более глубокого понимания различных аспектов физики аккреции сверхмассивных черных дыр, роста массы черных дыр, космической реионизации, происхождения областей с широкими линиями, вымирания пыли в крайнем ультрафиолете и многого другого.

В будущем спутниковые проекты с возможностями обнаружения ультрафиолета, такие как телескоп Китайской космической станции (CSST, http://nao.cas.cn/csst/), значительно улучшат наше понимание физических свойств квазаров и подобных небесных объектов.