Die Helle Variabilität des Blazars PKS 1510 089

Blazare sind eine spezielle Art von aktiven galaktischen Kernen (AGN), die super hell sind und starke Radiowellen aussenden. Sie haben Jets, also Teilchenströme, die fast mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs sind und fast direkt auf uns zeigen. Diese Objekte können über unterschiedliche Zeiträume, von Minuten bis Jahren, stark in ihrer Helligkeit schwanken. Zu verstehen, wie diese Veränderungen ablaufen, kann Wissenschaftlern helfen, mehr über die Vorgänge in und um diese mächtigen Objekte zu lernen.

Ein bestimmter Blazar ist PKS 1510 089. Es ist ein Flachspektrum-Radiquasar (FSRQ), was bedeutet, dass er viele Radiowellen abgibt und starke Lichtsignale über verschiedene Wellenlängen hat. PKS 1510 089 befindet sich in einer Entfernung von der Erde und wurde über die Jahre hinweg intensiv beobachtet. Seine Helligkeit ändert sich oft, wodurch er ein hervorragendes Ziel für Studien ist.

#Was ist Multi-Wellenlängen-Beobachtung?

Die Beobachtung himmlischer Objekte bei verschiedenen Wellenlängen hilft Wissenschaftlern, mehr darüber zu verstehen, wie sie funktionieren. Verschiedene Wellenlängen – einschliesslich Radio, Optisch und Gammastrahlen – liefern unterschiedliche Informationen über dasselbe Objekt. Indem Forscher mehrere Wellenlängen zur gleichen Zeit betrachten, können sie sehen, wie die Emissionen von PKS 1510 089 sich verhalten.

Zum Beispiel können bei PKS 1510 089 die Beobachtungen im Gammastrahlenbereich mit denen im optischen und Radiobereich verglichen werden. Das bietet ein umfassenderes Bild seiner Aktivität und hilft, die zeitlichen Abläufe der Helligkeitsveränderungen über diese verschiedenen Wellenlängen zu verfolgen.

#Der Forschungsansatz

Um PKS 1510 089 zu studieren, analysierten Wissenschaftler Daten, die über einen langen Zeitraum, speziell von 2008 bis 2018, gesammelt wurden. Sie nutzten Daten von weltraumbasierten Teleskopen, die Gammastrahlen verfolgen, und bodengestützten Teleskopen, die in optischen und Radiowellenlängen beobachten. Die Analyse konzentrierte sich darauf, wie Emissionen in diesen verschiedenen Bändern miteinander korrelieren.

Die Analyse beinhaltete, die zeitlichen Abläufe dieser Veränderungen zu betrachten. Durch die Verwendung spezifischer statistischer Methoden suchten die Forscher nach Mustern in der Helligkeit des Lichts über verschiedene Wellenlängen. Dieser Prozess ermöglichte es ihnen, herauszufinden, wann und wie die verschiedenen Emissionen einander beeinflussten.

#Beobachtungsdatenquellen

#Gammastrahlendaten

Die Gammastrahlendaten, die in dieser Forschung verwendet wurden, kamen von der Fermi-Mission. Fermi ist ein Satellit, der Gammastrahlen von hochenergetischen Quellen im Weltraum einfängt. Er scannt kontinuierlich den Himmel und sammelt Daten über Helligkeit und Veränderungen in den Gammastrahlenausstrahlungen.

#Optische und nahinfrarote Daten

Optische Daten, hauptsächlich im R-Bereich (rotes Licht), und nahinfrarote Daten im J-Bereich wurden durch bodengestützte Teleskope gesammelt. Diese Teleskope sind darauf ausgelegt, Licht von Quellen wie Blazaren einzufangen. Die Informationen wurden aus Archiven von Observatorien gewonnen, die diese himmlischen Objekte regelmässig überwachen.

#Radiodaten

Radioobservationen von PKS 1510 089 wurden mit einem Radioteleskop durchgeführt, das bei einer Frequenz von 37 GHz arbeitet. Dieses Teleskop sammelt Radiowellen, die von himmlischen Objekten ausgesendet werden und sich über die Zeit stark ändern können, ähnlich wie Licht von optischen Quellen.

#Variabilitätsanalyse

Die Variabilität in der Helligkeit über die Zeit war ein wesentlicher Fokus der Analyse. Die Forscher schauten sich an, wie die Helligkeit in verschiedenen Bändern variierte und wie diese Änderungen miteinander in Beziehung standen. Sie entdeckten starke Korrelationen zwischen den Gammastrahlen- und optischen Emissionen, was darauf hindeutet, dass Schwankungen in der Helligkeit in diesen Bändern oft gemeinsam stattfinden.

#Beobachtete Muster

• Gammastrahlung vs. Optisch/NIR: Es gab sehr enge Korrelationen mit wenig bis gar keiner Verzögerung bei den Helligkeitsänderungen, was darauf hindeutet, dass Gammastrahlenemissionen oft gleichzeitig mit Änderungen in den optischen oder nahinfraroten Emissionen stattfinden.

• Gammastrahlung vs. Radio: In den ersten beiden Segmenten der Datensammlung führten Gammastrahlenemissionen die Radioemissionen um etwa 40 bis 50 Tage an. Das bedeutet, dass Änderungen im Gammastrahlenfluss zuerst auftraten, bevor ähnliche Änderungen in den Radioemissionen sichtbar wurden.

• Optisch vs. Nahinfrarot: Es gab eine starke Korrelation zwischen optischen und nahinfraroten Emissionen, was zeigt, dass sie oft zusammen heller oder dunkler werden.

#Farbvariabilität in Lichtemissionen

Die Analyse von Farbvariationen im Licht von PKS 1510 089 lieferte weitere Einblicke. Die Forscher beobachteten einen „roter-bei-höherer-Helligkeit“-Trend, was bedeutet, dass bei steigender Helligkeit die Farbe in Richtung Rot verschob. Diese Farbänderung kann auf die Emissionen aus dem Teilchenjet des Blazars zurückgeführt werden.

#Periodizität in Lichtänderungen

Die Studie versuchte auch, periodisches Verhalten zu identifizieren, bei dem Lichtvariationen in regelmässigen Abständen auftreten. Es wurde festgestellt, dass Hinweise auf ein mögliches periodisches Signal innerhalb der Radioemissionen existieren, das auf einen längeren Zeitraum von etwa 1540 Tagen hindeutet. Dieses potenzielle Signal konnte jedoch aufgrund der begrenzten Anzahl von beobachteten Zyklen nicht bestätigt werden.

#Verständnis der Emissionsquellen

Die grundlegende Idee, wie Blazare Licht emittieren, hängt mit den Prozessen in ihren Jets zusammen. Die Jets bestehen aus geladenen Teilchen, und während sich diese Teilchen bewegen, strahlen sie Licht über verschiedene Wellenlängen aus.

• Synchrotronstrahlung: Die emissionsarmen Strahlungen, wie die in den Radio- und optischen Bändern, stammen hauptsächlich von diesen Teilchen, während sie sich bewegen und mit Magnetfeldern interagieren.

• Inverse Compton-Streuung: Hochenergetische Emissionen, wie Gammastrahlen, entstehen oft, wenn niedere Photonenergie von diesen hochenergetischen Teilchen gestreut wird.

#Auswirkungen der Ergebnisse

Die Ergebnisse dieser Studie liefern wichtige Informationen darüber, wie Emissionen von PKS 1510 089 sich über die Zeit verhalten. Sie deuten auf Verbindungen zwischen den Vorgängen in den relativistischen Jets und den Emissionen hin, die wir beobachten. Ein besseres Verständnis dieser Dynamik kann zu verbesserten Modellen darüber führen, wie Blazare funktionieren und in ihrer Helligkeit variieren.

#Fazit

Zusammenfassend hat die Analyse der Multi-Wellenlängen-Lichtkurven von PKS 1510 089 wichtige Korrelationen zwischen verschiedenen Emissionstypen offenbart. Die enge zeitliche Übereinstimmung der Gammastrahlen- und optischen Emissionen deutet darauf hin, dass sie durch ähnliche Prozesse im Jet des Blazars erzeugt werden. Ausserdem deutete die Untersuchung der Farbvariabilität darauf hin, dass Jet-Emissionen typischerweise die thermischen Emissionen aus der Akkretionsscheibe dominieren.

Insgesamt erweitert diese Forschung unser Verständnis von Blazaren und zeigt den Wert der Multi-Wellenlängen-Beobachtungen zur Aufdeckung des komplexen Verhaltens dieser faszinierenden kosmischen Objekte. Die fortlaufende Studie und Überwachung von PKS 1510 089 und anderen Blazaren wird Wissenschaftlern helfen, ihre Modelle zu verfeinern und ihr Verständnis des Universums zu vertiefen.