Prążki w widmach kwazarów
Bożena Czerny
CAMK
Nasza najnowsza praca:
1. Historia odkrycia kwazarów
Po 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 + numerek
Interferometr, który posłużył do sporządzenia katalogu 4C (Mullard radio astronomy
Observatory), UK
1. Historia odkrycia kwazarów
Obserwacje przynosiły skomplikowane obrazy emisji radiowej:
Mack et al.
1997
1. Historia odkrycia kwazarów
Spora 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 kwazarów
Niektóre 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 kwazarów
Kwazary to jednak nie gwiazdy – odkrył to w 1963 r.
holenderski astronom Maarten Schmidt.
1. Historia odkrycia kwazarów
Maarten 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 widmie
Efekt Dopplera
Ruch emitera/absorbera światła względem obserwatora
powoduje zmianę długości fali:
Dla małych prędkości:
z = 0.158 dla 3C 273
3. Przesunięcie linii w widmie
W 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 linii
Efekt 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 linii
W 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 linii
Musi 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. Rewerberacja
Pomiary 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. Rewerberacja
Klęska: 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 praca
Dlaczego 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 praca
Dlaczego 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.