El equipo de la USTC revela nuevos conocimientos sobre la radiación de los agujeros negros en los quásares

El profesor asociado CAI Zhenyi y el profesor Wang Junxian del Departamento de Astronomía de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) de la Academia China de Ciencias (CAS), descubrieron mediante el estudio de los rayos ópticos a ultravioleta generados por la acumulación de radiación ultravioleta. agujeros negros supermasivos en el centro de las estrellas. La falsedad es que su distribución espectral de energía es independiente del brillo intrínseco de los quásares, lo que trastoca la comprensión convencional en este campo. Además, su estudio reveló una diferencia significativa en la distribución de energía espectral UV máxima promedio de los cuásares con respecto a las predicciones de la teoría clásica de los discos de acreción. Este descubrimiento desafía el modelo clásico y proporciona un apoyo significativo para los modelos que incluyen vientos de disco de acreción a gran escala. Los resultados se publicaron en línea el 5 de octubre de 2023 en la revista Nature Astronomy.

Los cuásares son una clase de objetos extragalácticos extremadamente brillantes, cuyos agujeros negros supermasivos en sus centros devoran constantemente gas en las regiones centrales de sus galaxias anfitrionas. Se libera una enorme energía gravitacional sobre el disco de acreción compuesto de gas, que se transforma en energía térmica y radiación electromagnética, lo que da como resultado un núcleo galáctico anormalmente brillante. A los cuásares también se les conoce como «gigantes cósmicos» debido a su luminosidad intrínseca excepcionalmente alta. Según la teoría estándar de los discos de acreción, los discos de acreción producen la conocida “gran protuberancia azul” en la distribución de energía espectral, con un pico esperado en el ultravioleta extremo. A medida que aumenta la masa del agujero negro central, la temperatura esperada del disco de acreción disminuye y el espectro ultravioleta extremo se vuelve más suave. Las observaciones revelaron que los cuásares más brillantes (con masas de agujeros negros supermasivos más grandes) exhiben líneas de emisión relativamente más débiles (explicadas por espectros ultravioleta extremos más suaves), conocido como el famoso efecto Baldwin, que parece ser consistente con el modelo clásico de disco de acreción.

La investigación del profesor asociado CAI Zhenyi y el profesor WANG Junxian se centra directamente en la distribución de energía espectral óptica a ultravioleta de los grandes cuásares. Este estudio utiliza datos de observación del sistema SDSS terrestre y del sistema GALEX espacial para controlar la detección UV incompleta. Descubrieron que la distribución promedio de energía espectral UV de los cuásares no depende de su brillo intrínseco, lo que no sólo indica que las variaciones en el brillo intrínseco no pueden explicar el efecto Baldwin, sino que también desafía las predicciones de la teoría estándar de los discos de acreción. Al mismo tiempo, los investigadores sugieren un posible nuevo origen físico para el efecto Baldwin: los quásares más brillantes tienen fluctuaciones de temperatura del disco de acreción más débiles y, por lo tanto, no pueden liberar más nubes de líneas de emisión.

Además, el estudio corrigió los efectos de la absorción en el medio intergaláctico y encontró que el espectro ultravioleta extremo promedio de los cuásares es más suave que todos los resultados de investigaciones anteriores. Esta discrepancia plantea un desafío importante para el modelo estándar de discos de acreción, pero concuerda con las predicciones de un modelo que incluye vientos de discos de acreción, lo que sugiere vientos de discos generalizados en los cuásares.

Los resultados de este estudio tienen implicaciones de amplio alcance para una comprensión más profunda de diversos aspectos de la física de la acreción de agujeros negros supermasivos, el crecimiento masivo de los agujeros negros, la reionización cósmica, el origen de las regiones de banda ancha, la extinción del polvo ultravioleta extremo y más. En el futuro se establecerán proyectos de satélites con capacidad de detección ultravioleta, como el Telescopio de la Estación Espacial de China (CSST, http://nao.cas.cn/csst/), mejorará enormemente nuestra comprensión de las propiedades físicas de los quásares y cuerpos celestes similares.

Enlace del artículo:https://www.nature.com/articles/s41550-023-02088-5