Учёные из Китайской академии наук сделали важный шаг в понимании эволюции широкополосной области (BLR) в активных галактических ядрах (AGN). Результаты исследования, опубликованные в журнале The Astrophysical Journal, были получены группой исследователей под руководством доктора Фэн Хайчэна из обсерватории провинции Юньнань.

Активные галактические ядра — одни из самых ярких объектов во Вселенной, которые получают энергию за счёт аккреции вещества на сверхмассивные чёрные дыры (SMBH) в их центрах. BLR, расположенная вблизи SMBH, представляет собой область высокоскоростного ионизированного газа, ответственного за образование широких эмиссионных линий в ультрафиолетовом и оптическом спектре AGN.

Ширина этих линий превышает 1 000 км/с и образуется в результате фотоионизации, вызванной излучением аккреционного диска. Понимание геометрии и кинематики BLR имеет важное значение для изучения физических процессов в AGN и точного определения масс центральных чёрных дыр.

Теоретически газ BLR может проявлять вириализованные или приточные движения под действием гравитации SMBH или выбросы, вызванные давлением излучения. Предполагается, что выбросы будут более выражены в AGN с высокими темпами аккреции. Однако наблюдательные данные противоречивы. Одним из возможных объяснений является то, что ионизационные свойства BLR варьируются в разных AGN, что влияет на воздействие давления излучения на газ.

Чтобы изучить это, исследователи предложили изучать один AGN в разных состояниях яркости, чтобы исключить неопределённости, вызванные вариациями источников. С 2020 года исследователи провели четырёхлетнюю кампанию по картированию реверберации (RM) на хорошо известном AGN NGC 4151 с помощью 2,4-метрового телескопа в обсерватории Лицзян. Их результаты показали чёткую стратификацию в BLR NGC 4151, с различными эмиссионными линиями, исходящими из разных радиальных областей внутри BLR.

Кроме того, исследователи наблюдали необычное явление в NGC 4151. Согласно традиционным моделям, увеличение яркости AGN должно привести к увеличению радиуса BLR, что приведет к более длинным задержкам времени широких эмиссионных линий (известному как «дыхательный эффект»). NGC 4151 же проявила необычное явление «анти-дыхательного эффекта» (anti-breathing effect). Исследователи обнаружили, что по мере увеличения яркости AGN, задержки времени широких эмиссионных линий сокращались. Это означает, что широкополосная область не расширяется, как ожидалось, а вместо этого сжимается или меняет свою структуру в ответ на увеличение яркости AGN.

Это открытие бросает вызов традиционным моделям и требует дальнейшего исследования, чтобы понять физические процессы, которые происходят в активных галактических ядрах.

Более подробный анализ задержек времени с разрешением по скорости выявил значительные изменения в геометрии и кинематике BLR в NGC 4151 на временных масштабах менее одного года. Эти быстрые изменения невозможно полностью объяснить неоднородными распределениями газа, вариациями давления излучения или изменениями в ионизирующем излучении.

Результаты исследования предполагают, что физические свойства BLR более сложны, чем считалось ранее, и могут быть подвержены влиянию нескольких механизмов, действующих вместе.