Aktívne jadro galaxie

Aktívne galaktické jadro (AGJ) je kompaktná oblasť v centre galaxie, ktorá je v niektorej časti elektromagnetického spektra, zvyčajne naprieč celým spektrom, omnoho jasnejšia ako normálne galaxie. Tieto extrémne emisie boli pozorované v každej časti elektromagnetického spektra. Galaxie, v ktorej sa AGJ nachádza, sa nazýva aktívna galaxia. Predpokladá sa, že žiarenie AGJ je výsledkom akrécie hmoty okolo supermasívnej čiernej diery v centre materskej galaxie. AGJ je najjasnejším dlhodobým zdrojom elektromagnetického žiarenia v celom vesmíre.

Dlhodobo sa predpokladá,^[1] že zdrojom energie AGJ musí byť akrécia materiálu obrovskou čiernou dierou (10⁶ až 10⁹ násobok hmot. Slnka).^[2] Aktívne galaktické jadrá sú kompaktné a zároveň dlhodobo extrémne žiarivé. Akrécia môže veľmi efektívne premieňať potenciálnu a kinetickú energiu na žiarenie a veľké čierne diery majú vysokú Eddingtonovu žiarivosť, vďaka tomu dokáže produkovať pozorované dlhodobo extrémne žiarenie. Predpokladá sa, že supermasívne čierne diery sa nachádzajú v jadrách väčšiny, ak nie všetkých veľkých galaxií.

Podľa štandardného modelu opisujúceho AGJ vytvára chladný materiál v blízkosti čiernej diery akrečný disk. Procesy v akrečnom disku presúvajú hmotu smerom do stredy a moment hybnosti smerom von, a to spôsobuje zahrievanie disku. Spektrum akrečného disku je najsilnejšie v oblasti UV a viditeľného spektra. Navyše nad akrečným diskom vzniká koróna z horúceho materiálu, ktorá môže zvýšiť energiu fotónov až do röntgenového spektra pomocou inverzného Comptonovho javu. Chladný materiál v blízkosti čiernej diery je excitovaný žiarením z akrečného disku, a preto vyžaruje čiastočné emisné čiary. Medzihviezdny plyn a prach v blízkosti akrečného disku pohltí veľkú časť žiarenia AGJ a následne ju znovu vyžiari v inej časti spektra, prevažne infračervenej.

V niektorých akrečných diskoch vznikajú v blízkosti disku v opačných smeroch dva úzke výtokové prúdy. Smer prúdov je daný buď osou momentu hybnosti disku alebo osou rotácie čiernej diery. Mechanizmus vzniku prúdov a ich zloženie nie je známy, hlavne pre nízke rozlíšenie astronomických nástrojov. A tak pozorovania neposkytujú dostatok dôkazov na potvrdenie niektorého z viacerých teoretických modelov vzniku prúdov. Prúdy sa najviac prejavujú v rádiovej časti spektra. Vďaka inverznému Comptonovmu javu však žiaria vo všetkých častiach spektra. AGJ tak potenciálne predstavujú druhý zdroj hocijakého pozorovaného kontinuálneho žiarenia.

Rovnice popisujúce akréciu majú aj skupinu "radiačne neefektívnych" riešení. Najznámejšie z nich je tzv. akrečný tok, ktorému dominuje advekcia (z angl. ADAF - Advection Dominated Accretion Flow),^[3], existujú však aj iné teórie. Pri tomto druhu akrécie, dôležitom pri akrečnej rýchlosti hlboko pod Eddingtonovým limitom, nevytvára akrečná hmota tenký disk a nevyžaruje energiu získanú pohybom smerom k čiernej diere tak efektívne. Radiačne neefektívna akrécia poskytuje vysvetlenie pre nedostatok silnej radiácie druhu AGJ pri čiernych dierach v jadrách eliptických galaxií, kde by sa dala očakávať vysoká akrečná rýchlosť a zodpovedajúci vysoký jas.^[4]

AGJ sú hlavným kandidátom na zdroj extrémne vysokoenergetického kozmického žiarenia.

Pre pozorovania AGJ neexistuje jednoznačná charakteristika. Tento zoznam obsahuje niekoľko historicky dôležitých vlastností, vďaka ktorým sa dá systém identifikovať ako AGJ.

• Kontinuálne optické jadrové emisie. Tieto sú viditeľné vždy pri priamom pohľade na akrečný disk.
• Infračervené jadrové emisie. Sú viditeľné vždy, ak je akrečný disk a jeho okolie zahalené prachom a plynom blízko jadra. Keďže sú to tepelné emisie, dajú sa odlíšiť od emisií tvorených prúdmi alebo diskom.
• Široké optické emisné čiary. Tieto pochádzajú z chladného materiálu v blízkosti čiernej diery. Šírka týchto čiar je spôsobená tým, že vyžarujúci materiál obieha okolo čiernej diery vysokou rýchlosťou, čo spôsobuje Dopplerov posun emitovaných fotónov.
• Úzke optické emisné čiary. Pochádzajú zo vzdialenejšieho chladného materiálu a preto sú užšie.
• Kontinuálne rádiové emisie. Vždy pochádzajú z prúdov. Vykazujú charakteristické spektrum synchrotrónovej radiácie.
• Kontinuálne röntgenové emisie. Môže vznikať z prúdov alebo z horúcej koróny akrečného disku pomocou rozptylu.
• Čiarové röntgenové emisie. Sú následkom ožiarenia chladných ťažkých prvkov kontinuálnym röntgenovým žiarením, ktoré spôsobuje fluorescenciu röntgenových emisných čiar, z ktorých najznámejšia je čiara železa okolo 6,4 keV. Táto čiara môže byť aj široká aj úzka: relativisticky rozšírené čiary železa sa využívajú na štúdium dynamiky akrečného disku v tesnej blízkosti jadra.

Aktívne galaktické jadrá sa delia do dvoch skupín, konvenčne nazvaných rádiovo tiché a rádiovo hlasné. V prípade rádiovo hlasných objektov dominujú v žiarení AGJ emisie z prúdov a lalokov, ktoré vytvárajú. Rádiovo tiché objekty sú jednoduchšie, pretože emisie prúdov sú zanedbateľné.

Terminológia je často v prípade AGJ zmätočná, pretože rozdiely medzi druhmi AGJ skôr odrážajú historické rozdiely v spôsobe objavenia ako reálne fyzikálne rozdiely.

• Regióny s emisnými čiarami nízkej jadrovej ionizácie. Ako hovorí názov, tieto systémy vykazujú iba regiońy so slabými jadrovými emisnými čiarami a žiadne iné emisie typické pre AGJ. Je diskutabilné, či sú takéto systémy pravými AGJ (poháňané akréciou supermasívnej čiernej diery). Ak áno, tak predstavujú najemenej žiarivú skupinu rádiovo slabých AGJ.
• Seyfertove galaxie. Táto skupina AGJ bola identifikovaná ako prvá. Vykazujú kontinuum optického emisného spektra, úzke a zriedkavo aj široké emisné čiary. Niekedy aj silné rontgenové emisie, prípadne slabé a malé prúdy rádiového žiarenia. Pôvodne boli rozdelené na dve skupiny typ 1 a 2. SG typu 1 vykazovali široké emisné čiary a silné emisie v nízkoenergetického rtg žiarenia, SG typu 2 tieto čiary nemali.
• Rádiovo tiché kvazary/ QSO (Quasi-Stellar objects -kvázi-hviezdne objekty). Sú to v podstate žiarivejšie verzie galaxií typu SG1. Rozdiel je určený ľubovoľne, zvyčajne je vyjadrený limitnou optickou magnitúdou. Kvazary boli kvázi-hviezdne na obrázkoch v optickom spektre, pretože ich optická žiarivosť je väčšiu ako ich materské galaxie. Vždy vykazujú silné emisie optického spektra, Rtg emisie a úzke aj široké emisné čiary v optickom spektre.
• "Kvazary 2". Analogicky s galaxiami SG2,sú to objekty so žiarivostou podobnou kvazarom ale bez silných optických emisiá alebo širokých emisných čiar. Sú veľmi zriedkavé, zatiaľ sme objavili niekoľko kandidátov na tento typ galaxie.

• Rádiovo silné AGJ sa správajú rovnako ako rádiovo slabé kvazary, navyše majú emisie z prúdov. Preto vykazujú silné optické emisie, široké aj úzke emisné čiary,silné röntgenove emisie, spolu s jadrovým a často rozšírenými rádiovými emisiami.
• Skupiny Blazarov sa líšia rýchlo sa meniacimi, polarizovanými emisiami v optickom , rádiovom a röntgenovom spektre. Objekty BL Lax nevykazujú žiadne optické emisné čiary , a preto sa ich červený posun dá zistiť len z vlastností spektra ich materských galaxií. Emisné čiary môžu byť buď úplne neprítomné alebo jednoducho prekryté ďalším variabilným komponentom. OVV kvazary sa správajú ako štandardné rádiovo silné galaxie a navyše obsahujú rýchlo premenný komponent. V oboch prípadoch sa za zdroj premenných emisií pokladá relativistický prúd orientovaný do blízkosti uhla pohľadu.
• Rádiové galaxie. Tieto objekty vykazujú jadrové a rozšírené rádiové emisie. Ich ďalšie vlastnosti sú heterogééne. Zhruba sa dajú rozdeliť na slabo excitované a silno excitované.^[5][6] Slabo excitované objekty nevykazujú žiadne silné siroké ani úzke emisné čiary a ich emisné čiary boli excitované inými mechanizmami^[7]. Ich optické a röntgenové emisie majú pôvod iba v prúde^[8][9]. Sú najlepším kandidátom na AGJ s radiačne neefektívnou akréciou. Naopak, silno excitované objekty majú emisné spektrum podobné galaxiám typu SG2. Malá skupina rádiových galaxií so širokými čiarami, vykazujúcich relatívne silné spektrum optického kontinua^[10], pravdepodobne zahŕňa objekty, ktoré sú jednoducho rádiovo silné kvazary s nízkou žiarivosťou. Materskými galaxiami týchto objektov, nezávisle od druhov emisií, sú hlavne eliptické galaxie.

Tieto galaxie sa dajú zhruba zosumarizovať do nasledujúcej tabuľky:

Aktívne galaxie držali veľmi dlho všetky rekordy pre objekty s najväčším červeným posunom v optickom a rádiovom spektre, hlavne pre ich svietivosť. Stále majú svoju úlohu vo výskume raného vesmíru, napriek tomu, že AGJ nepredstavujú typické galaxie s vysokým červeným posunom.

• Rádiová galaxia
• Kvazar
• Supermasívna čierna diera

Fyzikálny portál Astronomický portál