2013. október 21., hétfő

A Seyfert-galaxisok egyesített modellje

Az előző bejegyzésben röviden bemutatott AGN-ek egyesített elméletét először a Seyfert-galaxisok különböző típusainak összeboronálására találták ki. A Seyfert-galaxisok magja is AGN, a Seyfertek az AGN-ek egyik (népes) alosztályát alkotják. Nem meglepő módon ezek az objektumok is további kisebb csoportokra oszthatók: 
  • 1-es típusú Seyfertek (Seyfert 1, Sy 1), amelyek optikai színképében megfigyeltek széles és keskeny emissziós vonalakat is.
  • 2-es típusú Seyfertek (Seyfert 2, Sy 2), amelyek optikai színképéből hiányoznak a széles emissziós vonalak.
  • Emellett vannak átmeneti osztályok is: Sy 1.2, Sy 1.5, Sy 1.8, stb. Ezeket a színképükben megfigyelhető hidrogéntől származó Balmer-vonalak szélessége alapján kategorizálták. (Magasabb számok csökkenő vonalszélességet jelentenek.)
  • Hogy a képet tovább bonyolítsuk, léteznek még az úgynevezett Narrow Line Seyfert 1 galaxisok (NLS1), azaz a keskeny vonalas egyes típusú Seyfertek is. Ezek a Sy 1-es objektumok összes jellemzőit mutatják, de a hidrogén Balmer-vonalaik a legkeskenyebbek és számos egyéb extra tulajdonsággal is rendelkeznek: például különösen erős az egyszeresen ionizált vas vonaluk és  jelentős változékonyságot mutatnak a röntgentartományban. Mindkét említett tulajdonság az akkrécióhoz köthető (az ionizált vas vonal az akkréciós korong belső tartományából származik) és így az anyagbefogás mértékéről és folyamatáról közöl információt.
(Ugyan nem a Seyfertek közé tartoznak, de hasonló AGN-k a LINER (low-ionization nuclear emission line region) galaxisok. Ezek a leghalványabb AGN-ek, színképük a Sy 2-esekére hasonlít, de az alacsonyan ionizált emissziós vonalaik erősebbek.)

A széles vonalak a BLR-ból, a fekete lyukhoz közeli térrészből származnak, míg a keskeny vonalak a távolabbi NLR felhőiből. Az egyes és kettes típusú Seyfertek tehát alapvetően különbözőnek tűntek az optikai spektrumuk alapján, egész addig, amíg meg nem vizsgálták a kibocsátott vonalaikat a  polarizált tartományban (Miller & Antonucci, 1983; Antonucci & Miller, 1985). A polarizált optikai spektrumban ugyanis a kettes típushoz tartozó források is mutatták a széles színképvonalakat! Erre a megfigyelésre az egyesített modell szolgáltat magyarázatot. Az Sy 1-esekben közvetlenül rálátunk mind a BLR-re, mind az NLR régióra, míg a Sy 2-esek esetén olyan szög alatt látunk rá az objektumra, hogy a BLR-t kitakarja az árnyékoló portórusz. Viszont polarizált fényben a központi régiót körülvevő tóruszon visszaverődő sugárzást látjuk, így a BLR-ből származó sugárzást is detektálhatjuk.

A későbbiek során további megfigyelési bizonyíték támasztotta alá a fenti modellt. Például lehetőség nyílt pár közeli Seyfert galaxisban közvetlenül megfigyelni a tóruszt:
HST/NASA/ESA
Röntgen mérések szintén azt mutatták, hogy az árnyékolásért, elnyelésért felelős anyagmennyiség Sy 2-eseknél szignifikánsan nagyobb, mint az átmeneti (Sy 1.8, Sy 1.9) osztályokba tartozó forrásoknál.

Azonban sikeressége ellenére az egyesített elmélet nem alkalmazható a LINER-ekre és az NLS1 típusú Seyfert-galaxisokra. Emellett a 2000-es évek eleje óta egyre több olyan Sy 2 megfigyelés történt, amelyeket az egyesített modell nem tud megmagyarázni. Például számos Sy 2-ben nem látnak széles emissziós vonalakat, még polarizált fényben sem. Ez magyarázható azzal, hogy ezekben az objektumokban a tórusz nem tökéletes visszaverő felület, de pár esetben bizonyítottnak tűnik, hogy léteznek olyan Sy 2 objektumok, amelyekből ténylegesen hiányzik a BLR. (Ezeket a forrásokat egyébként igazi (true) Seyfert 2 galaxisoknak nevezi az irodalom.) Szintén kérdéses, hogyan magyarázhatóak azok a megfigyelések, amikor Seyfert-galaxisok típust váltanak (azaz a korábban Sy 2-ként besorolt objektum, Sy 1 optikai spektrumot mutat).

Összefoglalva, az egyesített modell, habár sikeresen alkalmazható a különböző típusú Seyfert-galaxisok főbb tulajdonságainak leírására, egyedi objektumok esetén nem mindig lehet a megfigyeléseket csak a különböző látóiránnyal és elnyelődéssel magyarázni. Ezekben az esetekben valószínűleg az egyszerűsített modell mellett a rendszerre jellemző más fizikai paramétereket is figyelembe kell venni (ilyen lehet talán a központi fekete lyuk tömege, az akkréciós ráta, stb.).

2013. október 13., vasárnap

Az aktív galaxismagok hozzávalói

Mikor is nevezünk egy galaxismagot aktívnak? Az aktív galaxismagok (active galactic nucleus, illetve többes számban nuclei, AGN) sugárzásához szükséges energiát a központi szupernagy tömegű (106-109 naptömegyi) fekete lyukra történő anyagbehullás szolgáltatja.  A behulló anyag gravitációs potenciális energiája bizonyos hatásfokkal kisugárzott energiává alakul. Ez a hatásfok igazából olyan jó, hogy - jelen tudásunk szerint - ez az egyetlen olyan folyamat, ami képes a kompakt objektumból megfigyelt sugárzás létrehozására. Összehasonlításképpen a hidrogénfúzió (ami Napunkban és a hozzá hasonló csillagokban termeli az energiát) hatásfoka 0.7%, míg az AGN-ekben végbemenő energiatermelő folyamaté ennek több mint tízszerese, 10%.

Milyen sugárzást detektálhatunk egy AGN-ből? Röviden, szinte bármilyet :) Az AGN-ek az elektromágneses hullámhossztartomány egészében (tehát a nagyon hosszú hullámú rádiótartománytól a nagy energiás gamma-tartományig) sugároznak. Természetesen különböző típusok léteznek, és például a besorolásuk aszerint is történik (történhet), hogy egy bizonyos hullámhossztartományban az adott AGN mennyire erősen sugároz. 

Az alábbi linken elérhető ábra (Alan Roy doktori dolgozatából) szépen illusztrálja, hogy milyen sokféle AGN-t ismerünk: http://ned.ipac.caltech.edu/level5/March02/Roy/Roy1.html. Az AGN-ek egyesített modellje (Urry & Padovani, 1995) szerint a különböző megfigyelt tulajdonságok abból adódnak, hogy más-más szögből látunk rá ugyanarra az égi objektumra; ami nagyjából így néz ki:

Összetevői pedig a következők:
  • a már fentebb említett szupernagy tömegű fekete lyuk
  • anyagbefogási (akkréciós) korong
  • széles vonalas régió (broad line region, BLR) - színképvonalak alapján megállapítható keringési sebesség: több ezer, sőt akár több tízezer km/s
  • keskeny vonalas régió (narrow line region, NLR) - színképvonalak alapján megállapítható keringési sebesség: néhány száz km/s
  • árnyékoló portórusz
  • és bizonyos esetekben nagyenergiás anyagkilövellések, jetek is megfigyelhetőek.
Attól függően, hogy  milyen szögben látunk rá az adott forrásra, az árnyékoló portórusz (részben vagy egészben) kitakarhatja a belső régiókat. A modell sok esetben nagyon sikeres, azonban jó néhány kérdésre, megfigyelési tényre nem szolgáltat kielégítő magyarázatot. Például nem ad választ arra a kérdésre, hogy miért léteznek rádióhangos - fényes rádió jettel rendelkező - és rádióhalk - jettel nem rendelkező - források.