Российские ученые выяснили причину изменения яркости нескольких тысяч квазаров
Команда ученых из отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН и других российских институтов исследовала рентгеновскую переменность нескольких тысяч квазаров. Изучив данные двухлетнего обзора всего неба телескопом eROSITA на борту российской обсерватории «Спектр-РГ», специалисты смогли установить связь между массами и темпами аккреции сверхмассивных черных дыр, расположенных в центрах галактик. В дальнейшем результаты научной работы будут применены для изучения корреляции между рентгеновским и ультрафиолетовым излучением квазаров.
В рамках исследования ученые отобрали уже известные квазары, которые описаны в каталоге Слоановского цифрового обзора неба в оптическом диапазоне (Sloan Digital Sky Survey, SDSS). Эти объекты являются самыми энергичными активными ядрами галактик — источниками мощного излучения, исходящего из центров некоторых звездных систем. Светимость квазаров превышает светимость Солнца в миллиарды раз, а непосредственным источником их излучения выступает аккреция вещества на сверхмассивные черные дыры (их масса составляет миллионы, а то и миллиарды масс Солнца).
Но излучение квазаров является переменным во всех диапазонах электромагнитного спектра, причем эти изменения регистрируются в масштабах времени от нескольких часов до десятков лет. Поэтому ученым важно получать информацию о как можно большем количестве этих объектов. Тем более что масса сверхмассивной черной дыры и количество падающего на нее вещества взаимосвязаны: считается, что именно они определяют общее энерговыделение и свойства переменности излучения квазаров. Но астрофизикам пока неизвестно, как именно устроена эта взаимосвязь.
Поэтому команда российских ученых обратилась к данным телескопа eROSITA, которые он собрал во время обзора всего неба с декабря 2019-го по февраль 2022 года. В частности, прибор раз в полгода измерял рентгеновский поток каждого достаточно яркого активного ядра галактик. Кроме того, авторы привлекли архивные данные рентгеновского телескопа Европейского комического агентства — XMM-Newton, который работает уже более 20 лет, но проводит наблюдения не всего неба, а отдельных областей.
В общей сложности астрофизики измерили красные смещения для 2344 квазаров, а также получили оценки масс черных дыр. Отмечается, что изучались только те объекты, яркость которых превышала достаточно высокий порог. В результате авторы подтвердили, что относительная амплитуда переменности активных ядер галактик растет с увеличением масштаба времени. «Это поведение, очевидно, связано с постепенным развитием каких-то неустойчивых процессов в аккреционном диске и/или его горячей короне, но общепринятого объяснения в рамках теории аккреции пока не существует», — объяснил ведущий автор исследования аспирант отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН Сергей Прохоренко.
Кроме того, ученые выяснили, что рентгеновская переменность квазаров зависит от свойств сверхмассивных черных дыр: чем легче черная дыра и чем медленнее она растет, тем более переменно ее рентгеновское излучение. Так, самыми «изменчивыми» оказались активные ядра галактик, где масса черных дыр меньше миллиарда масс Солнца, а темпы аккреции составляют порядка нескольких процентов от критического. «Это может свидетельствовать о переходе в другой режим аккреции при таких низких темпах падения вещества», — добавил соавтор статьи профессор РАН Сергей Сазонов, заведующий лабораторией ИКИ РАН.
В дальнейшем полученные сведения будут использованы для изучения корреляции между рентгеновским и ультрафиолетовым излучением квазаров, говорится в статье. Этим займутся сотрудники ИКИ РАН с коллегами из ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН и Казанского федерального университета. «Существование такой корреляции и ее нелинейность открывают возможность использовать квазары в качестве “стандартных свечей” для измерения расстояний на космологических масштабах во Вселенной, дополняя и расширяя шкалу расстояний, построенную по сверхновым типа Ia», — резюмировал главный научный сотрудник ИКИ РАН Марат Гильфанов.
Обсерватория «Спектр-РГ» была разработана в НПО имени Лавочкина по заказу Российской академии наук и запущена 13 июля 2019 года с космодрома Байконур. Она оснащена рентгеновским телескопом eROSITA, построенным Институтом внеземной физики Общества Макса Планка в Германии. 26 февраля 2022 года германская сторона, следуя рекомендациям США, прекратила сотрудничество с Россией и отключила (перевела в безопасный режим) eROSITA, что препятствует дальнейшим совместным работам в этом направлении.
