Το μέγεθος των δίσκων προσαύξησης σε Ενεργούς Γαλαξίες

Ενεργειακοί γαλαξιακοί πυρήνες (Active Galactic Nuclei, AGN, στα Αγγλικά) είναι από τα πιο λαμπρά αντικείμενα στο Σύμπαν. Εκπέμπουν μεγάλα ποσά ενέργειας (συγκρίσιμα με το συνολικό φως όλων άστρων σ' ένα γαλαξία) από μία περιοχή που δεν είναι πολύ μεγαλύτερη από το Ηλιακό μας σύστημα.

Σήμερα πιστεύουμε ότι στο κέντρο όλων των γαλαξιών υπάρχει μία υπερμεγέθης μελανή οπή, με μάζα έως και ένα δισεκατομμύριο φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του Ήλιου. Σε περίπου 10 τοις εκατό από τους γαλαξίες στο κοντινό μας Σύμπαν, αέριο προσπίπτει σ' αυτές τις μαύρες τρύπες με αρκετά μεγάλο ρυθμό. Καθώς πλησιάζει τη μαύρη τρύπα απελευθερώνει μεγάλα ποσά βαρυτικής δυναμικής ενέργειας και θερμαίνεται. Μ΄αυτό τον τρόπο το αέριο εκπέμπει τα τεράστια ποσά φωτός που παρατηρούμε απ΄αυτά τα αντικείμενα, σε (σχεδόν) όλα τα μήκη κύματος. Τοι αέριο σχηματίζει ένα δίσκο καθώς προσπίπτει στην μελανή οπή, ο οποίος όμως είναι πολύ μικρός σε μέγεθος και δεν μπορούμε να τον διακρίνουμε με κανένα τηλεσκόπιο από τη Γη (είτε επίγειο ή στο διάστημα). Ένας από τους πιο ενδιαφέροντες τρόπους για να μετρήσουμε το μέγεθος των δίσκων προσαύξησης σ' αυτά τα αντικείμενα είναι μέσω του φαινομένου της "βαρυτικής εστίασης".

Λόγω της μεγάλης τους λαμπρότητας, μπορούμε να παρατηρήσουμε ενεργούς πυρήνες σε μεγάλες αποστάσεις (μάλιστα, τα περισσότερο απομακρυσμένα αντικείμενα που έχουμε παρατηρήσει μέχρι τώρα στο Σύμπαν είναι ενεργοί πυρήνες, ή "κβάζαρς", όπως λέγονται οι λαμπρότεροι ενεργοί πυρήνες). Σε ορισμένες περιπτώσεις, το φως από έναν μακρινό κβάζαρ μπορεί να καμπυλωθεί λόγω του ισχυρού δυναμικού ενός γαλαξία που μπορεί να βρίσκεται ανάμεσα στη Γη και στον κβάζαρ. Αποτέλεσμα αυτής της καμπύλωσης είναι η δημιουργία πολλαπλών εικόνων του ίδιου κβάζαρ. Στη συνέχεια, φώς από μία από αυτές τις εικόνες μπορεί να μεταβληθεί λόγω της κίνησης των αστεριών στον ενδιάμεσο γαλαξία. Μελέτη αυτών των "μικρο-βαρυτικών" μεταβολών μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μετρήσουμε τις διαστάσεις των δίσκων προσαύξησης στους κβάζαρς.

Τέτοιες μελέτες έχουν γίνει τα τελευταία 10 χρόνια και όλες οι μετρήσεις δείχνουν ότι οι δίσκοι προσαύξησης σ' αυτά τα αντικείμενα είναι πολύ μεγαλύτεροι απ΄ότι οι θεωρητικές προβλέψεις. Αυτό το αποτέλεσμα αποτελεί ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα στην προσπάθεια μας να κατανοήσουμε τον μηχανισμό εκπομπής φωτός στους κβάζαρς.

Πρόσφατα, ο Δρ. Ιωσήφ Παπαδάκης, καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του Πανεπιστημίου Κρήτης και συνεργαζόμενο μέλος ΔΕΠ στο Ινστιτούτο Αστροφυσικής, μαζί με ομάδα αστρονόμων, μελέτησε το μέγεθος των δίσκων προσαύξησης όταν φωτίζονται από ακτίνες Χ, χρησιμοποιώντας ένα θεωρητικό μοντέλο που ανέπτυξαν πρόσφατα. Υπολόγισαν τις διαστάσεις χιλιάδων δίσκων προσαύξησης και βρήκαν ότι μπορεί να είναι έως και 3,5 φορές μεγαλύτερος απ΄ότι στην περίπτωση που οι ακτίνες Χ δεν φωτίζουν τον δίσκο, ακόμα και στην περίπτωση μη-περιστρεφόμενων μελανών οπών, αρκεί ένα σημαντικό μέρος της συνολικής ισχύος που απελευθερώνεται στο δίσκο προσαύξησης να μεταφέρεται στην πηγή ακτίνων Χ, που θα πρέπει να βρίσκεται σε ύψος τουλάχιστον 20 ακτινών Schwarzschild πάνω από την μαύρη τρύπα.

Η ιδέα ότι οι δίσκοι προσαύξησης μπορεί να φωτίζονται από την πηγή ακτίνων Χ διατυπώθηκε πριν από 3 δεκαετίες περίπου. Αυτή η θεωρία μπορεί να εξηγήσει αρκετά δεδομένα που παρατηρούμε στους κβάζαρς. Πρόσφατα, ο Δρ. Παπαδάκης (μαζί με τους συνεργάτες του) έδειξαν ότι αυτό το μοντέλο μπορεί αν εξηγήσει και τη συσχέτιση μεταξύ των μεταβολών που παρατηρούνται στις ακτίνες Χ και στην εκπομπή οπτικού/υπεριώδους φωτός στους κβάζαρς. Το γεγονός ότι το ίδιο μοντέλο προβλέπει και τα σωστά μεγέθη για τους δίσκους προσαύξησης αποτελεί ισχυρή ένδειξη για ότι ο δίσκος προσαύξησης στους κβάζαρς όντως θα πρέπει να φωτίζεται από τις ακτίνες Χ.

Άρθρο: "X-ray illuminated accretion discs and quasar microlensing disc sizes", Papadakis, I. E., Dovčiak, M. & Kammoun, E. S., 2022, A&A , 666, 11