La luminosité changeante des quasars
Les quasars varient en luminosité à cause de la masse des trous noirs et de la dynamique du disque d'accrétion.
― 5 min lire
Table des matières
Les quasars sont des objets super lumineux dans l'univers, alimentés par des trous noirs supermassifs en plein cœur des galaxies. Ils brillent tellement parce qu'ils aspirent du gaz et de la poussière, formant un disque tournoyant de matière autour d'eux. Ce disque chauffe et émet de la Lumière, faisant des quasars certains des objets les plus éclatants de l'univers.
Qu'est-ce qui cause les changements de luminosité des quasars ?
Un des trucs intéressants avec les quasars, c'est que leur luminosité ne reste pas constante. Au contraire, elle peut changer au fil du temps, parfois de manière spectaculaire. Les scientifiques cherchent à comprendre pourquoi ça se passe et comment ça se rapporte aux trous noirs eux-mêmes.
La variation de luminosité semble dépendre de plusieurs facteurs. L'un des facteurs importants est la masse du trou noir au centre du quasar. Il semble que plus le trou noir est gros, plus les variations lumineuses peuvent être complexes. Ça arrive parce qu'un trou noir plus massif a un horizon des événements plus grand, qui est le point au-delà duquel rien ne peut s'échapper, influençant comment la matière tombe dedans.
Le rôle du temps
Un autre aspect important, c'est le temps. Différentes longueurs d'onde de lumière peuvent varier à des rythmes différents. Par exemple, la lumière ultraviolette, qui a une longueur d'onde plus courte que la lumière visible, pourrait changer de luminosité plus vite que la lumière optique. Cette variation temporelle donne des indices sur les processus qui se passent dans le Disque d'accrétion, le disque de matière qui tourbillonne autour du trou noir.
Explication du disque d'accrétion
Alors, c'est quoi ce disque d'accrétion ? Imagine-le comme un manège dans une fête foraine. La matière tombe dans le trou noir et commence à tourner autour, un peu comme des gamins sur un carrousel. Plus ils tournent vite, plus ils ressentent la traction du centre, ce qui chauffe la matière et crée la lumière éblouissante qu'on voit de la Terre.
Plus la matière est proche du trou noir, plus elle chauffe. Cette matière brûlante émet de la lumière sur tout le spectre-des ondes radio aux rayons gamma. Plus le quasar est brillant, plus il envoie d'énergie, et plus on peut en apprendre sur lui.
Observer les quasars
Pour étudier ces changements de luminosité et comprendre ce qui se passe à l'intérieur de ces quasars, les astronomes utilisent divers outils, y compris des télescopes capables d'observer dans différentes longueurs d'onde.
Au fil des ans, beaucoup de données ont été collectées, permettant aux scientifiques de se faire une idée du comportement des quasars. Ils observent comment la luminosité change sur des jours, des mois, ou même des années, à la recherche de motifs. En analysant ces motifs, ils peuvent obtenir des aperçus sur la physique de ces objets lointains.
Analyser les changements de luminosité
Quand les scientifiques examinent les changements de luminosité, ils utilisent souvent une fonction de structure, qui peut être considérée comme un tableau de bord pour mesurer à quel point la luminosité change avec le temps.
Imagine essayer de résumer un match de basket avec juste un seul chiffre pour le score-ça ne te dira pas grand-chose sur le match. Une fonction de structure fournit une compréhension plus riche en prenant plusieurs instantanés des changements de luminosité sur différentes échelles de temps. En faisant ça, les scientifiques peuvent déterminer à quel point la luminosité des quasars varie et à quel moment ces changements se produisent.
Que signifient ces changements ?
Ces changements de luminosité peuvent aider les scientifiques à en apprendre plus sur le trou noir d'un quasar. Par exemple, ils peuvent estimer la masse du trou noir en regardant à quelle vitesse la lumière change. C’est comme deviner le poids d’un gâteau juste en voyant comment il tremble sur l’assiette.
De plus, ces variations de luminosité peuvent donner des indices sur les conditions dans le disque d'accrétion. Par exemple, si la luminosité change beaucoup, ça pourrait suggérer que la matière tombe plus rapidement ou qu'il y a d'autres interactions complexes dans le disque.
L'importance de la masse du trou noir
La masse du trou noir joue un rôle essentiel dans le comportement du disque d'accrétion et donc dans les variations de luminosité. Pour les trous noirs plus petits, les variations semblent plus simples. Cependant, au fur et à mesure que les trous noirs deviennent plus massifs, la relation devient plus complexe, avec des variations de luminosité sur une gamme d'échelles de temps plus large.
Cette complexité est en quelque sorte attendue. C'est comme avoir une petite bougie vacillant dans le vent contre un immense feu de joie-de petits changements de conditions les affectent très différemment.
Vers l'avenir
Avec l'amélioration de la technologie, les astronomes s'attendent à collecter encore plus de données sur les quasars. Les prochaines enquêtes permettront aux scientifiques d'étudier ces objets avec beaucoup plus de détails. Peut-être même qu'ils découvriront de nouveaux comportements ou motifs qui n'ont pas encore été observés.
En analysant la lumière des quasars, les scientifiques peuvent en apprendre davantage sur la façon dont les galaxies grandissent et évoluent. Les quasars servent de phares, guidant les chercheurs dans leur quête pour comprendre l'univers.
Conclusion
Les quasars sont des objets cosmiques fascinants alimentés par des trous noirs. Leurs changements de luminosité, entraînés par les dynamiques complexes des disques d'accrétion, fournissent des aperçus précieux sur la nature des trous noirs et leur croissance. Avec la recherche continue et les avancées technologiques, on est sûr d'apprendre encore plus sur ces objets remarquables dans l'univers.
Qui aurait cru que l'étude de collations lointaines pour trous noirs pourrait être si éclairante ?
Titre: Timescales of Quasar Accretion Discs from Low to High Black Hole Masses and new Variability Structure Functions at the High Masses
Résumé: 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.
Auteurs: C. Wolf, S. Lai, J. -J. Tang, J. Tonry
Dernière mise à jour: 2024-11-04 00:00:00
Langue: English
Source URL: https://arxiv.org/abs/2411.02759
Source PDF: https://arxiv.org/pdf/2411.02759
Licence: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Changements: Ce résumé a été créé avec l'aide de l'IA et peut contenir des inexactitudes. Pour obtenir des informations précises, veuillez vous référer aux documents sources originaux dont les liens figurent ici.
Merci à arxiv pour l'utilisation de son interopérabilité en libre accès.
Liens de référence
- https://orcid.org/0000-0002-1860-0886
- https://orcid.org/0000-0002-4569-016X
- https://orcid.org/0000-0003-2858-9657
- https://orcid.org/0000-0001-9372-4611
- https://www.sdss.org
- https://www.cosmos.esa.int/gaia
- https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/dpac/consortium
- https://dx.doi.org/#2
- https://arxiv.org/abs/#1
- https://dblp.uni-trier.de/rec/bibtex/#1.xml
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2024A&A...684A.133A
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2019PASP..131a8002B
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2021ApJ...921...36B
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2013MNRAS.431..210C
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1994ApJ...429..582C
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2017ApJ...834..111C
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2020ApJ...903..112D
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1999ApJ...514..682E
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2002apa..book.....F
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2020ApJ...900...25J
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1990MNRAS.246..369L
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2011MNRAS.417..681L
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1993ApJ...414L..85L
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2005ApJS..157..335L
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2021ApJ...910..103L
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1983ApJ...268..582M
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2018FrASS...5....6M
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2005MNRAS.359.1469M
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2018NatAs...2...63M
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2022MNRAS.513.1046N
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2019NatAs...3..272R
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2012MNRAS.427.1800R
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2011arXiv1108.0396S
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2024ApJ...965L..29S
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2008ApJ...680..169S
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2022MNRAS.514..164S
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2011A&A...533A..67S
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1997ARA&A..35..445U
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2003ApJ...584L..53U
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2024NatAs...8..520W
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2012ApJ...758..104Z