Zusammenhang zwischen der Grösse des Staubtorus und der Helligkeit von AGNs

Aktive galaktische Kerne (AGNS) gehören zu den hellsten Objekten im Universum. Sie werden von supermassiven schwarzen Löchern angetrieben, die Materie anziehen, was dazu führt, dass sie starke Strahlung über verschiedene Wellenlängen abgeben. Die Struktur um diese schwarzen Löcher umfasst einen staubigen Torus, der eine Rolle dabei spielt, wie wir diese Objekte beobachten.

AGNs werden hauptsächlich in zwei Kategorien unterteilt: Typ 1 und Typ 2. Typ 1 AGNs sind durch das Vorhandensein von breiten Emissionslinien in ihren Spektren gekennzeichnet, während Typ 2 AGNs diese Linien aufgrund von Staub, der unsere Sicht blockiert, nicht aufweisen. Der Staubtorus ist ein wichtiges Merkmal in diesen Klassifikationen, da er die zentralen Regionen je nach Blickwinkel, aus dem wir beobachten, verdecken kann.

In dieser Studie konzentrieren wir uns auf die Beziehung zwischen der Grösse des Staubtorus und der Helligkeit des AGN. Mit verschiedenen Methoden und Daten aus unterschiedlichen Umfragen wollen wir unser Verständnis dieser Beziehung verbessern.

#Methoden

Wir haben Lichtkurven aus mehreren Quellen verwendet, um das Verhalten von AGNs zu analysieren. Die Lichtkurven sind im Grunde genommen Grafiken, die zeigen, wie sich die Helligkeit dieser Objekte im Laufe der Zeit ändert.

Die Daten für unsere Forschung stammen von der WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) Umfrage, die Messungen in verschiedenen Infrarotbändern bereitgestellt hat. Wir haben uns speziell die W1- und W2-Bänder angeschaut, die Wellenlängen von 3,4 und 4,6 Mikrometern entsprechen. Unsere Stichprobe umfasste insgesamt 446 AGNs für das W1-Band und 416 für das W2-Band.

Um die Daten zu analysieren, haben wir eine Technik namens Reverberation Mapping eingesetzt. Diese Methode ermöglicht es uns, die Zeitverzögerung zwischen Änderungen im Licht der Akkretionsscheibe und dem umgewandelten Licht aus dem staubigen Torus zu messen. Indem wir beobachten, wie schnell die Infrarothelligkeit auf Veränderungen in der optischen Helligkeit reagiert, können wir die Grösse des Torus schätzen.

#Stichprobenwahl

Wir haben AGNs aus verschiedenen Katalogen sorgfältig ausgewählt, um eine vielfältige Vertretung sicherzustellen. Wir wollten schwache AGNs einbeziehen, um ein breites Spektrum von Helligkeiten abzudecken. Eine weitere Datenquelle war die SDSS Stripe 82 Region, die viele bestätigte Broad-Line AGNs mit verschiedenen Helligkeiten enthält.

Unsere Analyse konzentrierte sich auf AGNs mit einem breiten Bereich von Helligkeiten, von Objekten mit niedrigerer Helligkeit bis hin zu einigen der hellsten bekannten AGNs. Dieser Bereich war entscheidend, um eine genauere Beziehung zwischen Torusgrösse und Helligkeit herzustellen.

#Lichtkurven-Daten

Um die AGNs zu analysieren, benötigten wir sowohl optische als auch infrarote Lichtkurven-Daten. Im optischen Bereich haben wir Daten aus verschiedenen bodengestützten Umfragen gesammelt. Nennenswerte Quellen waren die ASAS-SN Umfrage, die einen grossen Teil des Himmels überwacht hat, und die CRTS.

Wir haben auch Infrarotdaten aus der WISE-Umfrage genutzt, die wertvolle Messungen über verschiedene Lichtkurven bereitgestellt hat. Wir haben uns darauf konzentriert, hochwertige Lichtkurven zu erhalten, da die Zeit- und Helligkeitsvariationen entscheidend für unsere Analyse sind.

#Messung der Zeitverzögerungen

Um die Zeitverzögerungen zu messen, die uns helfen, die Grösse des Staubtorus zu bestimmen, haben wir eine Methode namens Interpolated Cross-Correlation Function (ICCF) verwendet. Diese Technik ermöglicht es uns, den Zeitunterschied zwischen den Peaks in den Lichtkurven der optischen und infraroten Bänder zu finden.

Während unserer Analyse haben wir festgestellt, dass das optische Licht typischerweise dem infraroten Licht vorausgeht, was unsere Erwartungen basierend auf den physikalischen Prozessen, die in AGNs ablaufen, bestätigt. Durch die Schätzung der Zeitverzögerungen für jeden AGN in unserer Stichprobe konnten wir die Grösse des Staubtorus ableiten.

#Datenkorrektur

Wir haben erkannt, dass das beobachtete infrarote Licht durch Licht von der Akkretionsscheibe kontaminiert sein könnte. Um diese Kontamination zu berücksichtigen, haben wir unsere Daten korrigiert, bevor wir mit der Analyse fortgefahren sind.

Diese Korrektur war notwendig, weil das Vorhandensein von Licht aus der Akkretionsscheibe die tatsächlichen Verzögerungen kürzer erscheinen lassen könnte als sie sind. Indem wir diese Kontamination in unsere Berechnungen einbezogen, wollten wir genauere Masse für die Torusgrössen erhalten.

#Korrelation zwischen Torusgrösse und Helligkeit

Nach der Messung der Zeitverzögerungen und der Korrektur für Kontamination haben wir die Beziehung zwischen Torusgrösse und AGN-Helligkeit analysiert. Wir haben festgestellt, dass die Grösse des Staubtorus mit der bolometrischen Helligkeit des AGN korreliert.

Dieser Befund ist bedeutend, weil er zeigt, wie Veränderungen in der Helligkeit die Grösse des Torus beeinflussen. Wir haben festgestellt, dass die Steigung der Beziehung erheblich flacher ist als erwartet, basierend auf früheren Modellen. Das deutet darauf hin, dass unser Verständnis der physikalischen Bedingungen, die den Staubtorus beeinflussen, möglicherweise überarbeitet werden muss.

#Wellenlängenabhängigkeit

Zusätzlich haben unsere Ergebnisse gezeigt, dass die gemessenen Torusgrössen von der Wellenlänge des beobachteten Lichts abhängen. Wir haben ein konsistentes Muster festgestellt, bei dem die Torusgrösse mit längeren Wellenlängen zunimmt. Diese Beobachtung unterstützt die Idee einer geschichteten Struktur innerhalb des Torus, in der verschiedene Regionen auf unterschiedlichen infraroten Wellenlängen emittieren.

#Torus- und BLR-Grössen

In unserer Analyse haben wir auch die Grössen des Staubtorus mit den Grössen der breiten Linienregion (BLR) verglichen. Die BLR umgibt das supermassive schwarze Loch und ist verantwortlich für die breiten Emissionslinien, die wir beobachten.

Wir haben festgestellt, dass die Grössen des Staubtorus konsistent grösser waren als die Grössen der BLR. Das deutet darauf hin, dass der Torus die BLR umgibt und eine schützende Schicht bietet, die möglicherweise eine Rolle in der Dynamik des AGN spielt.

#Einfluss des Eddington-Verhältnisses

Ein weiterer Aspekt, den wir untersucht haben, war der Einfluss des Eddington-Verhältnisses auf die Beziehung zwischen Torusgrösse und Helligkeit. Das Eddington-Verhältnis ist ein Mass dafür, wie viel Strahlungsdruck auf das schwarze Loch im Verhältnis zu seiner gravitativen Anziehungskraft wirkt.

Unsere Ergebnisse zeigten eine negative Korrelation zwischen der Streuung in der Torusgrösse-Helligkeitsbeziehung und dem Eddington-Verhältnis. Das deutet darauf hin, dass die Grösse des Torus mit zunehmender Akkretionsrate aufgrund von Selbstverschattungs-Effekten innerhalb der Akkretionsscheibe abnehmen könnte.

#Fazit

Diese Studie trägt erheblich zu unserem Verständnis der Beziehung zwischen der Grösse des Staubtorus und der AGN-Helligkeit bei. Wir haben die Notwendigkeit hervorgehoben, Kontaminationen durch die Akkretionsscheibe in infraroten Messungen zu korrigieren, und die Bedeutung einer umfassenden Analyse über ein breites dynamisches Spektrum von AGNs demonstriert.

Die Torusgrössen, die wir gemessen haben, sind entscheidend, um Modelle von AGNs zu verbessern und ihre physikalischen Eigenschaften zu verstehen. Zukünftige Studien, die fortschrittliche Beobachtungstechniken und verbesserte Daten nutzen, werden dazu beitragen, unser Wissen über den Torus und seine Rolle innerhalb von AGNs zu verfeinern. Durch laufende Forschung wollen wir die komplexen Wechselwirkungen innerhalb dieser faszinierenden kosmischen Objekte erhellen und mehr über ihre Natur und die zugrunde liegende Physik aufdecken.