Die Transformation von 1ES 1927+654: Ein sich verändernder AGN

Aktive galaktische Kerne (AGNs) sind helle Regionen in den Zentren einiger Galaxien, angetrieben von supermassiven schwarzen Löchern, die umgebendes Material verzehren. Eine besondere Art von AGN, bekannt als Changing-Look AGN, kann schnelle Änderungen in Helligkeit und Spektralmerkmalen zeigen. In diesem Artikel geht es um einen solchen AGN, 1ES 1927+654, der nach einem optischen Ausbruch Ende 2017 signifikante Veränderungen zeigte.

#Was ist mit 1ES 1927+654 passiert?

Vor dem Ausbruch am 23. Dezember 2017 wurde 1ES 1927+654 als Typ 2 AGN klassifiziert. Diese Klassifizierung bedeutet, dass er keine breiten Emissionslinien in seinem Spektrum zeigte, was ihn in bestimmten Wellenlängen weniger sichtbar machte. Nach dem Ausbruch verwandelte er sich jedoch in einen Typ 1 AGN und zeigte helle, breite Emissionslinien sowie dramatische optische Veränderungen.

#Der Ausbruch

Nach dem Ausbruch nahm die Helligkeit des AGN erheblich zu und war in verschiedenen Wellenlängen, einschliesslich Röntgenstrahlen und Ultraviolett, nachweisbar. Über drei Jahre hinweg überwachten Forscher sein Verhalten und notierten Veränderungen in der Luminosität und den Spektralmerkmalen über verschiedene Energiebänder hinweg.

#Beobachtungskampagne

Um den AGN näher zu untersuchen, wurde ein umfassendes Überwachungsprogramm mit mehreren Teleskopen, darunter Swift und XMM-Newton, durchgeführt. Dieses Programm umfasste die Erfassung von Daten von Röntgenstrahlen bis hin zu optischen Wellenlängen, was Einblicke in das sich entwickelnde Verhalten des AGN ermöglichte.

#Datensammlung

Die Datensammlung erstreckte sich von Anfang 2018 bis Anfang 2021. Die Beobachtungen umfassten sowohl Röntgen- als auch Ultraviolettdaten, sodass die Forscher ein klareres Bild davon gewinnen konnten, was während und nach dem Ausbruch geschah.

#Verständnis der spektralen Energieverteilung

Eines der Hauptziele der Beobachtungskampagne war die Analyse der spektralen Energieverteilung (SED) von 1ES 1927+654. Die SED beschreibt, wie der AGN Energie über verschiedene Wellenlängen emittiert und verrät Informationen über seine physikalischen Prozesse.

#Analyse der SED

Die Forscher fanden heraus, dass die SED ein kompliziertes Zusammenspiel zwischen drei Hauptkomponenten widerspiegelt: der Akkretionsscheibe, einem Schwarzen Körper und der Korona. Die Akkretionsscheibe ist eine rotierende Scheibe aus Gas und Staub, die das schwarze Loch umgibt. Die Schwarzkörperkomponente repräsentiert thermische Strahlung, während die Korona ein heisses Gebiet über der Scheibe ist, das Röntgenstrahlen emittiert.

#Vier Evolutionsphasen

Durch die Untersuchung der SED über die Zeit identifizierten die Forscher vier verschiedene Evolutionsphasen für 1ES 1927+654 nach dem Ausbruch.

#Phase I: Der erste Ausbruch

In der ersten Phase zeigte der AGN schnelle Helligkeitssteigerungen, wobei die Luminosität der Scheibe erheblich anstieg. Die Temperatur der Scheibenkomponente sank, was auf eine Veränderung des physikalischen Zustands des Materials um das schwarze Loch hinwies.

#Phase II: Schnelle Röntgenänderungen

Die zweite Phase beinhaltete dramatische Veränderungen in den Röntgen-Eigenschaften. Die Luminosität der Schwarzkörperkomponente sank stark, während sowohl die Schwarzkörper- als auch die Koronakomponenten signifikante Helligkeitsvariationen zeigten. Diese Phase dauerte bis etwa 200 Tage nach dem Ausbruch, als die harte Röntgenstrahlung verschwand.

#Phase III: Röntgenhelligkeit

In der dritten Phase setzte der Rückgang der Schwarzkörperluminosität fort, die fast wieder auf ihr Niveau vor dem Ausbruch zurückkehrte. Allerdings erlebte die Korona eine Aufhellungsphase, was zu einer insgesamt erhöhten Luminosität in diesem Zeitraum führte.

#Phase IV: Rückkehr zur Normalität

Schliesslich began die vierte Phase, in der sich die Eigenschaften des AGN wieder in Richtung der Bedingungen vor dem Ausbruch stabilisierten. Die Luminosität sowohl der Scheibe als auch der Koronakomponenten begann wieder zu sinken, während die Temperatur der Röntgenkorona kühler wurde.

#Die Rolle der Akkretionsraten

Ein wichtiger Aspekt bei der Untersuchung von 1ES 1927+654 ist die Messung seiner Massenzuwachsrate. Diese Rate gibt an, wie viel Material in das schwarze Loch gezogen wird, was die Helligkeit und das Verhalten des AGN beeinflusst.

#Vergleich mit dem Eddington-Limit

Während der Beobachtungsperiode war das Eddington-Limit – eine obere Grenze dafür, wie schnell ein schwarzes Loch Masse akkretieren kann – ein entscheidender Faktor. Der AGN hielt während eines Grossteils der beobachteten Zeit einen super-Eddington-Akkretionszustand aufrecht, was auf einen sehr effizienten Materialumwandlungsprozess im Umfeld des schwarzen Lochs hindeutet.

#Verbindung zwischen Scheibe und Korona

Die Forscher untersuchten auch die Beziehung zwischen der Scheibe und den Koronakomponenten und beobachteten Korrelationen zwischen ihrem Verhalten. Zum Beispiel schienen Schwankungen in der Oberflächendichte der Scheibe die optische Dichte des koronalem Plasmas zu beeinflussen.

#Korrelationmuster

Als sich die SED entwickelte, wurden zwei bedeutende Zweige in den Beziehungen verschiedener Parameter identifiziert, was auf Übergänge zwischen unterschiedlichen physikalischen Zuständen in der Scheibe hinwies. Ein Zweig repräsentierte die schlanke Scheibenphase mit höheren Akkretionsraten, während der andere die dünne Scheibenphase darstellte, die mit niedrigeren Raten verbunden war.

#Theoretische Implikationen

Die Erkenntnisse über 1ES 1927+654 bieten wichtige Einblicke in die Natur von Changing-Look AGNs und die Mechanismen, die ihr Verhalten beeinflussen.

#Modelle der Akkretionsscheibe

Das dynamische Verhalten von 1ES 1927+654 stimmt mit theoretischen Modellen von Akkretionsscheiben überein, die unterschiedliche Zustände oder Konfigurationen basierend auf den Massenzuwachsraten postulieren. Der Übergang dieses AGN von einer schlanken Scheibe zu einer dünnen Scheibe zeigt, wie physikalische Bedingungen um supermassive schwarze Löcher zu beobachtbaren Veränderungen führen können.

#Fazit

Die sich verändernde Natur von 1ES 1927+654 gibt faszinierende Einblicke in das komplexe Leben aktiver galaktischer Kerne. Die Beobachtungen unterstreichen, wie Ausbrüche, Veränderungen in den Massenzuwachsrate und das Zusammenspiel von Scheibe und Korona das Verhalten von AGNs erheblich beeinflussen. Fortlaufende Studien in diesem Bereich werden helfen, unser Verständnis dieser dynamischen kosmischen Entitäten zu vertiefen.