Úvodní strana  >  Články  >  Vzdálený vesmír  >  Výzkumy v ASU AV ČR (176): IRAS 13224-3809 – aktivní galaktické jádro v průběhu času

Výzkumy v ASU AV ČR (176): IRAS 13224-3809 – aktivní galaktické jádro v průběhu času

Malířova představa časových změn koróny objektu IRAS 13224-3809. Její rozsah se v průběhu času výrazně mění.
Autor: (c) ESA

Aktivní galaktická jádra patří mezi exotické kosmické objekty, neboť se v jejich středu nachází černá veledíra. Současně jsou tyto objekty ideální laboratoří procesů v akrečních discích a také vhodnými cíli pro studia jevů obecné teorie relativity. A tak pokud je k dispozici unikátní sada pozorování umožňují dozvědět se o těchto objektech téměř všechny podstatné informace, byla by škoda je nevyužít, zejména pokud je v týmu k dispozici programový balík pro tyto účely velmi vhodný. 

Přesně v této pozici byl tým ze Skupiny relativistické fyziky Oddělení galaxií a planetárních systému ASU ve studii, kterou vedla Maria Caballero-García. Tým studoval unikátní pozorování objektu IRAS 13224-3809 pořízená po tři roky přístroji na rentgenové družici XMM-Newton. Jejich článek je dokonce první, který analyzoval časová zpoždění světelných křivek a spektra najednou, což umožnilo stanovit parametry tohoto velmi dynamického systému. 

IRAS 13224-3809 patří mezi tzv. aktivní galaktická jádra, tedy černé veledíry obklopené masivním akrečním diskem. Akreční procesy se projevují v celém elektromagnetickém spektru, nejlépe jsou ale pozorovatelné v rentgenových vlnových délkách. Zdrojů detekovaného rentgenového záření je v systému hned několik. Vědci se domnívají, že ten hlavní rentgenový zdroj se nachází na rotační ose černé veledíry, v určité výšce nad rovinou akrečního disku. Tento zdroj se označuje též termínem koróna. Jeho geometrické rozměry jsou zřejmě malé ve srovnání s velikostí disku. Astrofyzikové v tomto případě mluví o tzv. modelu kandelábru (lamp-post model), a to pro zjevnou analogii s pouličním osvětlením. Rentgenový zdroj je poháněn akrecí. Analogie s pouličními lampami jde i dále. Vzdálený pozorovatel zaznamenává nejen vlastní záření rentgenového zdroje, ale také záření odražené a přepracované akrečním diskem. Dopadající záření disk částečně ohřívá a částečně ho odráží do okolního prostoru, přičemž interakce s látkou mění jeho spektrální vlastnosti. Výsledné rentgenové záření je tedy kombinací mnoha komponent. Aby toho nebylo málo, jednotlivé rentgenové paprsky se v okolí silně gravitující černé veledíry pohybují podél trajektorií předepsaných obecnou teorií relativity. Analyzovat tedy výsledné záření není zcela přímočaré. 

Naštěstí je ve Skupině relativistické fyziky k dispozici komplexní počítačový program tyto situace modelující a autoři jednotlivých komponent tohoto kódu, kteří byli též spoluautory představovaného článku, mají s touto aplikací velké zkušenosti. Stejně tak Maria Caballero-García není v oboru žádným nováčkem. Ostatně její nedávná práce, kdy studovala spektra hned tří různých aktivních galaktických jader, ukázala, že rezidua mezi pozorováními a jejich modelovými předpověďmi mají vlnkovatý charakter, což naznačuje časový vývoj v modelu kandelábru, nejspíše jeho proměnnou výšku nad rovinou akrečního disku. 

Objekt  IRAS 13224-3809 je klasifikován jako rádiově tichá rentgenově jasná Seyfertova galaxie typu I, která se nachází ve vzdálenosti asi 310 Mpc. Patří mezi vůbec nejvíce proměnné Seyfertovy galaxie v rentgenové oblasti. Družice XMM-Newton se na tento objekt podívala hned třikrát, v letech 2002, 2011 a 2016. Tato pozorování autoři zpracovali s využitím redukčního řetězce poskytnutého konsorciem přístroje. Výsledkem úsilí byly světelné křivky a typická spektra získaná pro tři charakteristické režimy proměnnosti – v režimu nízké jasnosti, střední jasnosti a vysoké jasnosti, to vše v rentgenovém pásu 1-4 keV. Dále pak bylo odděleno spektrum rentgenového zdroje v pásu 0,3-1 keV a pozaďové spektrum. 
Světelné křivky v měkčím a tvrdším pásu jsou vůči sobě časově posunuty. To je důsledkem konečné rychlosti světla, které musí překonat vzdálenost mezi rentgenovým zdrojem (tvrdší pás) a akrečním diskem, na němž se reprocesuje (měkčí pás). Časové zpoždění pak obsahuje informaci o vzdálenosti mezi diskem a zdrojem a potažmo tedy o výšce zdroje nad rovinou disku. 

Autoři práce modelovali systém s pomocí komplikovaného programového kódu, který ze známých parametrů systému vypočte očekávané modelové spektrum. Úlohu bylo přirozeně zapotřebí obrátit, tedy z porovnání modelového a skutečného spektra odvodit hodnoty volných parametrů modelu, čímž se tyto volné parametry fitovaly v procesu iterativní minimalizace. Nebylo jich málo. Výsledné spektrum závisí na zastoupení železa (ve spektru disku je dobře patrná dominantní železná čára), hustota v disku, výška rentgenového zdroje nad rovinou disku, primární záření rentgenového zdroje a spektrální sklon. Dalším volným parametrem, který je nutné vzít v úvahu, je rychlost rotace černé veledíry. Jeho započtení je však komplikovanější a tak se autoři omezili jen na studium dvou hraničních hodnot – nerotující a kriticky rotující černou veledíru. 

Z výsledků vyplývá, že modely s nerotující černou veledírou nefitují pozorování tak dobře jako modely s maximální rotací. První možnost sice nelze vyloučit, ale statisticky je pravděpodobnost její realizace mnohem menší. V systému  IRAS 13224-3809 tedy černá veledíra zřejmě rotuje velmi rychle. Simultánní fity dále ukazují, že odvozená výška rentgenového zdroje nad rovinou disku narůstá s růstem jasnosti. Ve fázích s nízkou jasností je zdroj ve výšce asi 4 gravitačních poloměrů, zatímco v období s vysokou jasností se „vyšplhá“ až na 10 gravitačních poloměrů. Rezidua pro epizody s vysokou jasností obsahují náznak vlnitého charakteru, což může poukazovat na společnou akci hned dvou souosých zdrojů, jeden níže a jeden výše, přičemž ten nižší je výrazně potlačen. 

Práce jednoznačně ukazuje, že pečlivou analýzou kvalitních dat se lze dopátrat až překvapivého množství informací o objektu, jehož skutečný obraz nikdy nespatříme. Všechny naše údaje jsou odvozeny ze záření bodového zdroje. I přesto, s pomocí sofistikovaných metod využívajících platné fyzikální zákony, lze i takové objekty dobře poznat. 

REFERENCE

M. D. Caballero-García a kol., A combined timing/spectral study of IRAS 13224-3809 using XMM-Newton data, Monthly Notices of Royal Astronomical Society 498 (2020) 3184-3192, preprint arXiv:2007.00597.

KONTAKTY

Dr Maria D. Caballero-Garcia, PhD
garcia@asu.cas.cz
Oddělení galaxií a planetárních systémů Astronomického ústavu AV ČR

 

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Oddělení galaxií a planetárních systémů ASU

Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v. v. i.



O autorovi

Michal Švanda

Michal Švanda

Doc. Mgr. Michal Švanda, Ph. D., (*1980) pochází z městečka Ždírec nad Doubravou na Českomoravské vrchovině, avšak od studií přesídlil do Prahy a jejího okolí. Vystudoval astronomii a astrofyziku na MFF UK, kde poté dokončil též doktorské studium ve stejném oboru. Zabývá se sluneční fyzikou, zejména dynamickým děním ve sluneční atmosféře, podpovrchových vrstvách a helioseismologií a aktivitou jiných hvězd. Pracuje v Astronomickém ústavu Akademie věd ČR v Ondřejově a v Astronomickém ústavu Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze, kde se v roce 2016 habilitoval. V letech 2009-2011 působil v Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung v Katlenburg-Lindau v Německu. Astronomií, zprvu pozorovatelskou, posléze spíše „barovou“, za zabývá od svých deseti let. Před začátkem pracovní kariéry působil v organizačním týmu Letní astronomické expedice na hvězdárně v Úpici, z toho dva roky na pozici hlavního vedoucího. Kromě astronomie se zajímá o letadla, zejména ta s více než jedním motorem a řadou okýnek na každé straně. Více o autorovi na jeho webových stránkách svanda.astronomie.cz.

Štítky: Aktivní galaktické jádro, IRAS 13224-3809, Astronomický ústav AV ČR


20. vesmírný týden 2021

20. vesmírný týden 2021

Přehled událostí na obloze a v kosmonautice od 17. 5. do 23. 5. 2021. Měsíc bude v první čtvrti. Večer je velmi nízko nad severozápadem Venuše a výše slábnoucí Merkur, který bude v pondělí v maximální elongaci. Nejvýše je večer Mars. Ráno jsou nad jihovýchodem Saturn a Jupiter. Aktivita Slunce je mírně zvýšená. Sledujeme průlet komety T2 Palomar kolem hvězdokupy M3. Čína zaznamenala na Marsu úspěšné dosednutí přistávacího modulu mise Tianwen-1. Kromě pravidelných startů družic Starlink můžeme zaznamenat také chystanou zásobovací misi k čínské orbitální stanici. Před šedesáti roky proletěla kolem Venuše jako mrtvé těleso sonda Veněra 1. Šlo o první průlet kolem jiné planety.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Rossete HST

Titul Česká astrofotografie měsíce za duben 2021 obdržel snímek   „Rosetta HST“, jehož autorem je Peter Jurista ze Slovenska     Dubnové kolo soutěže „Česká astrofotografie měsíce“ je za námi. A my tu máme další její vítěznou fotografii. Čeká nás tedy snímek mlhoviny

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Srpek měsíce

Srpek měsíce starý zhruba 3 dny.

Další informace »