Vëzhgimet e para ndonjëherë në periferi të një disku grumbullues të një vrime të zezë supermasive

Asgjë nuk mund të ngjallë një spirale të perspektivës ekzistenciale ashtu si shikimi i një imazhi të një galaktike. Në shikim të parë, këto struktura sublime mund të duken mjaft të qeta. Por në fakt qendra e shumë galaktikave është një mjedis i turbullt që përmban një vrimë të zezë supermasive që ushqehet në mënyrë aktive.

Në orbitën e këtyre objekteve të dendura të pakuptueshme janë disqe grumbullimi rrotullues të gazit dhe pluhurit, të cilët ushqejnë vrimën e zezë dhe lëshojnë sasi të bollshme energjie përgjatë spektrit elektromagnetik – nga rrezet gama me energji të lartë dhe rrezet X, përmes dritës së dukshme , infra të kuqe dhe radio valët.

Studimi i disqeve të grumbullimit mund të përmirësojë kuptimin e astronomëve për vrimat e zeza dhe evolucionin e galaktikave të tyre pritëse. Megjithatë, shumica e disqeve të grumbullimit është e pamundur të imazhohen drejtpërdrejt për shkak të distancave të tyre ekstreme dhe madhësive relativisht të vogla. Në vend të kësaj, astronomët përdorin spektrat e dritës të emetuar nga brenda diskut për të karakterizuar madhësinë dhe sjelljen e tij.

Duke përdorur këtë qasje, astronomët që përdorin teleskopin Gemini North, gjysma e Observatorit Ndërkombëtar Gemini, i operuar nga NOIRLab i NSF, kanë bërë zbulimin e parë ndonjëherë të dy linjave të emetimit afër infra të kuqe në diskun e grumbullimit të galaktikës III Zw 002, duke vendosur një kufi i ri në madhësinë e këtyre strukturave madhështore.

Për të kuptuar këto vëzhgime, le të hedhim së pari disa baza duke diskutuar se cilat janë linjat e emetimit dhe çfarë na tregojnë ato për rajonet rreth vrimave të zeza supermasive .

Linjat e emetimit rezultojnë kur një atom në një gjendje të ngacmuar bie në një nivel më të ulët energjie, duke lëshuar dritë në proces. Meqenëse çdo atom ka një grup unik të niveleve të energjisë, drita e emetuar ka një gjatësi vale diskrete që vepron si një gjurmë gishti që identifikon origjinën e saj. Linjat e emetimit zakonisht shfaqen në spektra si thumba të holla dhe të mprehta.

Por në vorbullën rrotulluese të një disku grumbullimi, ku gazi i ngacmuar është nën ndikimin gravitacional të vrimës së zezë supermasive dhe lëviz me shpejtësi mijëra kilometra në sekondë, linjat e emetimit zgjerohen në maja më të cekëta. Regjioni i diskut të akresionit ku kanë origjinën këto linja quhet rajoni i vijës së gjerë.

Siç u tha më herët, disqet e grumbullimit janë jashtëzakonisht të vështira për t’u imazhuar drejtpërdrejt, me vetëm dy burime që janë fotografuar falë aftësisë me rezolucion të lartë këndor të teleskopit Event Horizon. Pra, duke ndaluar aksesin në një rrjet global radioteleskopësh, si e dinë astronomët kur një vrimë e zezë supermasive ka një disk rreth saj? Rezulton se dëshmitë e një disku grumbullimi mund të gjenden në një model specifik të linjave të gjera të emetimit të quajtur një profil me majë të dyfishtë.

Për shkak se disku rrotullohet, gazi në njërën anë largohet nga vëzhguesi, ndërsa gazi nga ana tjetër po lëviz drejt vëzhguesit. Këto lëvizje relative shtrijnë dhe shtrydhin linjat e emetimit në gjatësi vale më të gjata dhe më të shkurtra respektivisht. Ajo që rezulton është një linjë e zgjeruar me dy maja të dallueshme, njëra me origjinë nga secila anë e diskut që rrotullohet me shpejtësi.

Këto profile me dy maja janë një fenomen i rrallë pasi shfaqja e tyre është e kufizuar në burime që mund të vëzhgohen pothuajse ballë për ballë. Në ato pak burime në të cilat është vërejtur, kulmi i dyfishtë është gjetur në linjat H-alfa dhe H-beta – dy linja emetimi nga atomet e hidrogjenit që shfaqen në intervalin e gjatësisë së valës së dukshme.

Me origjinë nga rajoni i brendshëm i rajonit të vijës së gjerë pranë vrimës së zezë supermasive, këto linja nuk japin asnjë dëshmi se sa i madh është disku i grumbullimit në tërësinë e tij. Por vëzhgimet e fundit në infra të kuqe afër kanë zbuluar një rajon të zonës së jashtme të vijës së gjerë që nuk është parë kurrë më parë.

Denimara Dias dos Santos, një Ph.D. student në Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais në Brazil dhe autori kryesor i punimit, në bashkëpunim me Alberto Rodriguez-Ardila, Swayamtrupta Panda dhe Murilo Marinello, studiues në Laboratório Nacional de Astrofísica në Brazil, ka bërë zbulimin e parë të paqartë të dy afër -Profile me dy maje infra të kuqe në rajonin e vijës së gjerë të III Zw 002.

Linja Paschen-alfa (hidrogjen) e ka origjinën në rajonin e brendshëm të rajonit të vijës së gjerë dhe linja OI (oksigjen neutral) e ka origjinën në periferi të rajonit të vijës së gjerë, një rajon që nuk është vërejtur kurrë më parë. Këto janë profilet e para me kulm të dyfishtë që gjenden në infra të kuqe afër, dhe ato u shfaqën papritur gjatë vëzhgimeve me spektrografin Gemini Near-Infrared (GNIRS).

Vëzhgimet e vitit 2003 të III Zw 002 në pamjen e dukshme zbuluan prova të një disku grumbullimi dhe një studim i vitit 2012 gjeti rezultate të ngjashme. Në vitin 2021, Rodriguez-Ardila dhe ekipi i tij vendosën t’i plotësojnë këto gjetje me vëzhgime në infra të kuqe të afërt duke përdorur GNIRS, i cili është në gjendje të vëzhgojë të gjithë spektrin afër infra të kuqe (800-2500 nanometra) të gjitha në një lëvizje.

Instrumente të tjera kërkojnë që përdoruesi të kalojë ndërmjet filtrave të shumtë për të mbuluar të njëjtin gamë, gjë që mund të marrë kohë dhe mund të sjellë potencialisht pasiguri ndërsa kushtet atmosferike dhe kalibrimet ndryshojnë midis vëzhgimeve.

Për shkak se GNIRS është në gjendje të bëjë vëzhgime të njëkohshme nëpër breza të shumtë drite, ekipi ishte në gjendje të kapte një spektër të vetëm të pastër, të kalibruar vazhdimisht, në të cilin u zbuluan profile të shumta me dy maja. “Ne nuk e dinim më parë se III Zw 002 kishte këtë profil të dyfishtë të pikut, por kur ulëm të dhënat, pamë shumë qartë pikën e dyfishtë”, tha Rodriguez-Ardila. “Në fakt, ne i reduktuam të dhënat shumë herë duke menduar se mund të ishte një gabim, por çdo herë pamë të njëjtin rezultat emocionues”.

Këto vëzhgime jo vetëm që konfirmojnë praninë e teorizuar të një disku grumbullimi, por gjithashtu avancojnë kuptimin e astronomëve për rajonin e vijës së gjerë.

“Për herë të parë, zbulimi i profileve të tilla të dyfishta vendos kufizime të forta në gjeometrinë e një rajoni që përndryshe nuk është e mundur të zgjidhet,” tha Rodriguez-Ardila. “Dhe ne tani kemi prova të qarta të procesit të ushqyerjes dhe strukturës së brendshme të një galaktike aktive.”

Duke i krahasuar këto vëzhgime me modelet ekzistuese të diskut, ekipi ishte në gjendje të nxirrte parametra që ofrojnë një pamje më të qartë të vrimës së zezë supermasive dhe rajonit të vijës së gjerë të III Zw 002.

Modeli tregon se linja Paschen-alfa e ka origjinën në një rreze prej 16,77 ditë dritë (distanca që drita kalon në një ditë Toke e matur nga vrima e zezë supermasive), dhe linja OI e ka origjinën në një rreze prej 18,86 ditë dritë. Ai gjithashtu parashikon që rrezja e jashtme e rajonit të vijës së gjerë është 52.43 ditë dritë. Modeli tregon gjithashtu se rajoni i vijës së gjerë të III Zw 002 ka një kënd prirje prej 18 gradë në lidhje me vëzhguesit në Tokë dhe vrima e zezë supermasive në qendër të saj është 400-900 milionë herë më e madhe se masa e diellit tonë.

“Ky zbulim na jep njohuri të vlefshme për strukturën dhe sjelljen e rajonit të vijës së gjerë në këtë galaktikë të veçantë, duke hedhur dritë mbi fenomenet magjepsëse që ndodhin rreth vrimave të zeza supermasive në galaktikat aktive,” tha Rodriguez-Ardila.

Pas këtij zbulimi, Dias dos Santos, Rodriguez-Ardila, Panda dhe Marinello tani po monitorojnë III Zw 002, pasi disku i tij i grumbullimit pritet të ndjekë një model precesioni rreth vrimës së zezë supermasive. Ata duan të shohin se si ndryshojnë profilet e linjave me kalimin e kohës, pasi precesioni shkakton intensitete të ndryshme në majat blu dhe të kuqe. Deri më tani, modeli mbetet në përputhje me vëzhgimet e tyre. Këto rezultate hapin gjithashtu mundësinë e përdorimit të zbulimit afër infra të kuqe për të studiuar AGN të tjera.