El Cambio en el Brillo de los Quásares
Los cuásares varían en brillo debido a la masa del agujero negro y la dinámica del disco de acreción.
C. Wolf, S. Lai, J. -J. Tang, J. Tonry
― 6 minilectura
Tabla de contenidos
Los cuásares son objetos muy brillantes en el universo, alimentados por Agujeros Negros supermasivos en el centro de las galaxias. Brillan tanto porque atraen gas y polvo, creando un disco giratorio de material a su alrededor. Este disco se calienta y emite Luz, haciendo que los cuásares sean algunos de los objetos más luminosos del universo.
Brillo de los cuásares?
¿Qué causa los cambios en elUna de las cosas interesantes sobre los cuásares es que su brillo no se mantiene igual. En vez de eso, pueden cambiar de brillo con el tiempo, a veces de manera dramática. Los científicos están ansiosos por entender por qué pasa esto y cómo se relaciona con los agujeros negros.
La variación en el brillo parece depender de varios factores. Uno de los factores significativos es la masa del agujero negro en el centro del cuásar. Parece que cuanto más grande es el agujero negro, más complejas pueden ser las variaciones de luz. Esto pasa porque un agujero negro más masivo tiene un horizonte de eventos más grande, que es el punto más allá del cual nada puede escapar de su atracción, influyendo en cómo cae el material.
El papel del tiempo
Otro aspecto importante es el tiempo. Diferentes longitudes de onda de luz pueden variar a diferentes ritmos. Por ejemplo, la luz ultravioleta, que tiene una longitud de onda más corta que la luz óptica, podría cambiar de brillo más rápido que la luz óptica. Esta variación temporal da pistas sobre los procesos que ocurren en el Disco de Acreción, el disco de material que gira alrededor del agujero negro.
El disco de acreción explicado
Entonces, ¿qué es exactamente este disco de acreción? Piénsalo como un carrusel en una feria. El material cae en el agujero negro y comienza a girar a su alrededor, mucho como los niños montando el carrusel. A medida que giran más rápido, sienten más fuerte la atracción del centro, lo que calienta el material y crea la luz brillante que vemos desde la Tierra.
Cuanto más cerca está el material del agujero negro, más caliente se vuelve. Este material caliente emite luz a través del espectro, desde ondas de radio hasta rayos gamma. Cuanto más brillante es el cuásar, más energía está soltando, y más podemos aprender sobre él.
Observando cuásares
Para estudiar estos cambios en el brillo y entender qué está pasando dentro de estos cuásares, los astrónomos usan una variedad de herramientas, incluyendo telescopios que pueden observar en diferentes longitudes de onda.
A lo largo de los años, se ha recopilado mucha información, permitiendo a los científicos crear una imagen del comportamiento de los cuásares. Observan cómo cambia el brillo a lo largo de días, meses o incluso años, buscando patrones. Al analizar estos patrones, pueden obtener ideas sobre la física de estos objetos lejanos.
Analizando cambios en el brillo
Cuando los científicos observan los cambios de brillo, a menudo usan algo llamado función de estructura, que se puede pensar como una hoja de puntajes para cuánta variación de brillo hay a lo largo del tiempo.
Imagina intentar resumir un partido de baloncesto con solo un número para el puntaje, no te diría mucho sobre el juego. Una función de estructura proporciona una comprensión más rica tomando múltiples instantáneas de los cambios de brillo a través de diferentes escalas de tiempo. Al hacer esto, los científicos pueden determinar cuánta variabilidad hay en el brillo de los cuásares y en qué escalas de tiempo ocurren esos cambios.
¿Qué significan estos cambios?
Estos cambios de brillo pueden ayudar a los científicos a aprender sobre el agujero negro de un cuásar. Por ejemplo, pueden estimar la masa del agujero negro observando qué tan rápido cambia la luz. Es como adivinar el peso de un pastel por cómo se balancea en el plato.
Además, estos cambios en el brillo pueden dar pistas sobre las condiciones en el disco de acreción. Por ejemplo, si el brillo cambia mucho, podría sugerir que el material está cayendo más rápido o que hay otras interacciones complejas sucediendo en el disco.
La importancia de la masa del agujero negro
La masa del agujero negro juega un papel esencial en determinar el comportamiento del disco de acreción y, por lo tanto, las variaciones de brillo. Para agujeros negros más pequeños, las variaciones parecen ser más simples. Sin embargo, a medida que los agujeros negros se vuelven más masivos, la relación se vuelve más compleja, con variaciones de brillo a lo largo de un rango más amplio de escalas de tiempo.
Esta complejidad es un poco esperada. Es como tener una pequeña vela parpadeando en el viento frente a una gran hoguera; pequeños cambios en las condiciones les afectan de manera muy diferente.
Mirando hacia adelante
A medida que la tecnología mejora, los astrónomos esperan recopilar aún más datos sobre los cuásares. Las próximas encuestas permitirán a los científicos estudiar estos objetos con mucho más detalle. Incluso podrían descubrir nuevos comportamientos o patrones que aún no se han visto.
Al analizar la luz de los cuásares, los científicos pueden aprender más sobre cómo crecen y evolucionan las galaxias. Los cuásares sirven como faros, guiando a los investigadores en su búsqueda por entender el universo.
Conclusión
Los cuásares son objetos cósmicos fascinantes alimentados por agujeros negros. Sus cambios de brillo, impulsados por la dinámica compleja de los discos de acreción, proporcionan valiosas ideas sobre la naturaleza de los agujeros negros y su crecimiento. Con la investigación en curso y los avances en tecnología, seguramente aprenderemos aún más sobre estos objetos notables en el universo.
¿Quién iba a pensar que estudiar bocadillos lejanos de agujeros negros podría ser tan iluminador?
Título: Timescales of Quasar Accretion Discs from Low to High Black Hole Masses and new Variability Structure Functions at the High Masses
Resumen: The UV-optical variability of quasars appears to depend on black-hole mass $M_{\rm BH}$ through physical timescales in the accretion disc. Here, we calculate mean emission radii, $R_{\rm mean}$, and orbital timescales, $t_{\rm orb}$, of thin accretion disc models as a function of emission wavelength from 1000 to 10000 Angstrom, $M_{\rm BH}$ from $10^6$ to $10^{11}$ solar masses, and Eddington ratios from 0.01 to 1. At low $M_{\rm BH}$, we find the textbook behaviour of $t_{\rm orb}\propto M_{\rm BH}^{-1/2}$ alongside $R_{\rm mean} \approx$ const, while towards higher masses the growing event horizon imposes $R_{\rm mean} \propto M_{\rm BH}$ and thus a turnover into $t_{\rm orb}\propto M_{\rm BH}$. We fit smoothly broken power laws to the numerical results and provide analytic convenience functions for $R_{\rm mean}(\lambda,M_{\rm BH},L_{3000})$ and $t_{\rm orb}(\lambda,M_{\rm BH},L_{3000})$ in terms of the observables $\lambda$, $M_{\rm BH}$, and the monochromatic luminosity $L_{3000}$. We then calculate variability structure functions for the ~2200 brightest quasars in the sky with estimates for $M_{\rm BH}$ and $L_{3000}$, using lightcurves from NASA/ATLAS orange passband spanning more than 7 years. The median luminosity of the accretion disc sample is $\log L_{\rm bol}/(\mathrm{erg\,s}^{-1})\approx 47$ and the median $\log M_{\rm BH}/M_\odot\approx 9.35$. At this high mass, the theoretical mass dependence of disc timescales levels off and turns over. The data show a weak dependence of variability on $M_{\rm BH}$ consistent with the turnover and a model where disc timescale drives variability amplitudes in the form $\log A/A_0=1/2\times\Delta t/t_{\rm orb}$, as suggested before. In the future, if the black-hole mass is known, observations of variability might be used as diagnostics of the physical luminosity in accretion discs, and therefore constrain inclination or dust extinction.
Autores: C. Wolf, S. Lai, J. -J. Tang, J. Tonry
Última actualización: 2024-11-04 00:00:00
Idioma: English
Fuente URL: https://arxiv.org/abs/2411.02759
Fuente PDF: https://arxiv.org/pdf/2411.02759
Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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