Mifumo Tofauti ya Mabadiliko ya Kikomo cha Nishati ya Juu katika Galaksi za Seyfert

1. Utangulizi

Viini vya Galaksi Zenye Utendaji (AGNs) vinawakilisha baadhi ya matukio yenye nishati nyingi zaidi ulimwenguni, na mionzi yao ngumu ya X inayotokana hasa katika maeneo ya moto na madogo yanayojulikana kama korona. Katika dhana ya kawaida ya diski-korona, mionzi hii hutokana na mtawanyiko wa Compton wa nyota za mwanzo kutoka kwa diski ya kusanyiko, ikitoa msururu wa nguvu unaoendelea na kikomo cha nishati ya juu. Kipepeo cha Taasisi ya NuSTAR, kilichozinduliwa mwaka 2012, kimebadilisha kabisa uwezo wetu wa kusoma michakato hii ya nishati ya juu kwa usikivu usio na kifani katika ukanda mgumu wa X-ray (3-79 keV).

Kigezo cha kikomo cha nishati ya juu (E_cut) kinatoa vizuizi muhimu kuhusu fizikia ya korona, kwani inahusiana moja kwa moja na halijoto ya korona. Uchunguzi uliopita umegundua mabadiliko ya E_cut katika AGN kadhaa, ikiwa ni pamoja na 3C 382, NGC 5548, Mrk 335, na 4C 74.26. Zhang et al. (2018) walitambua tabia inayowezekana ya "moto-zaidi-wakati-mwangaza-zaidi" katika vyanzo hivi, ambapo korona inakuwa moto zaidi kadri chanzo kinavyong'aa na kupoa. Hata hivyo, ukubwa mdogo wa sampuli na mifano inayopingana kama Ark 564 inaonyesha hitaji la uchunguzi zaidi juu ya ujumla wa muundo huu.

Utafiti huu unawasilisha ugunduzi mpya wa mabadiliko ya E_cut katika galaksi mbili za Seyfert—NGC 3227 na SWIFT J2127.4+5654—ukionyesha mifumo tofauti inayopinga miundo rahisi ya muundo wa tabia ya korona.

2. Uchunguzi na Upunguzaji wa Data

2.1 NGC 3227

NGC 3227 ni galaksi ya Seyfert 1.5 isiyo na redio iliyo kwenye mabadiliko ya rangi z = 0.00391. Chanzo hiki kinaonyesha mionzi ya X inayobadilika sana na vipengele ngumu vya kunyonya. Uchunguzi saba wa kumbukumbu wa NuSTAR ulichambuliwa, kwa umakini maalum kwa tukio la haraka la kufichika lililotambuliwa kati ya uchunguzi 60202002010 na 60202002010 na Turner et al. (2018). Tukio hili lilionyesha maeneo mengi ya kunyonya, na kufanya NGC 3227 kuwa maabara bora ya kusoma athari za kunyonya na sifa za asili za korona.

2.2 SWIFT J2127.4+5654

SWIFT J2127.4+5654 ni galaksi nyingine ya Seyfert iliyosomwa kupitia miongozo mingi ya NuSTAR. Chanzo hiki kinaonyesha mabadiliko makubwa ya wigo katika uchunguzi, na kutoa fursa nzuri ya kuchunguza uhusiano kati ya vigezo vya wigo na mabadiliko ya mkondo.

2.3 Usindikaji wa Data

Data zote za NuSTAR zilipunguzwa kwa kutumia taratibu za kawaida na programu ya Uchambuzi wa Data ya NuSTAR (NuSTARDAS) toleo la 2.0.0. Faili safi za matukili zilitengenezwa kwa kutumia kazi ya nupipeline na vigezo vya kawaida vya kuchuja. Wigo wa chanzo ulitolewa kutoka maeneo ya duara yaliyozingatia chanzo, wakati wigo wa usuli ulitolewa kutoka maeneo yasiyo na chanzo kwenye kigunduzi kilekile. Wigo wote ulipangwa ili kuhakikisha angalau hesabu 20 kwa kila kikundi ili kuwezesha takwimu za χ².

3. Mbinu ya Uchambuzi wa Wigo

Uchambuzi wa wigo ulitumia miundo yenye motisha ya kifizikia kuashiria mionzi ngumu ya X. Vipengele kuu vya mfano vilijumuisha:

• Uundaji wa Msururu: Mfano wa nguvu uliokata ulitumika kuwakilisha mionzi ya msingi ya korona, na vigezo vya faharasa ya nyota (Γ) na kikomo cha nishati ya juu (E_cut).
• Vipengele vya Onyo: Kipengele cha onyo cha uhusiano kiliwemo kwa kutumia mfano wa relxill kuzingatia mionzi iliyochakatwa tena kutoka kwa diski ya kusanyiko.
• Uundaji wa Kunyonya: Kunyonya kwa ngumu kulimodelishwa na vipengele vinavyofaa vya kunyonya, muhimu hasa kwa NGC 3227 kutokana na kunyonya kwayo inayobadilika inayojulikana.
• Ulinganifu wa Vipimo: Vipengele vya kudumu viliwemo kuzingatia mashaka madogo ya ulinganifu wa vipimo kati ya vigunduzi vya FPMA na FPMB vya NuSTAR.

Vigezo vya mfano vilizuiliwa kupitia kurekebisha kwa wakati mmoja kwa uchunguzi wote kwa kila chanzo, na vigezo muhimu (Γ na E_cut) vikiruhusiwa kubadilika kati ya enzi huku ukidumisha uthabiti katika vipengele vya onyo na kunyonya pale inapohitajika kifikisia.

4. Matokeo na Ugunduzi

4.1 NGC 3227: Uhusiano wa Mstari

Katika NGC 3227, tuligundua uhusiano wazi wa mstari kati ya E_cut na Γ, na E_cut ikiongezeka kwa utaratibu kadri wigo unavyopoa (kuongezeka kwa Γ). Muundo huu unafanana na tabia ya "moto-zaidi-wakati-poa-zaidi" iliyoripotiwa hapo awali katika AGN zingine. Uwiano huo unabaki muhimu katika hali tofauti za mkondo, na kupendekeza uhusiano wa msingi kati ya joto la korona na kupoa kwa wigo.

4.2 SWIFT J2127.4+5654: Muundo wa Λ

SWIFT J2127.4+5654 inaonyesha tabia ngumu zaidi, na uhusiano wa E_cut–Γ ukifuata umbo tofauti la Λ. Chini ya Γ ≈ 2.05, E_cut huongezeka kadri Γ inavyozidi kuongezeka, sawa na muundo ulioonekana katika NGC 3227. Hata hivyo, juu ya hatua hii ya kuvunja, uhusiano hubadilika, na E_cut ikipungua kadri Γ inavyoendelea kuongezeka. Hii inawakilisha ugunduzi wa kwanza wa muundo kamili kama huo wa Λ katika AGN moja, na mabadiliko ya Γ ya chanzo yakiivuka hatua muhimu ya kuvunja.

4.3 Tabia ya Kupoa-wakati-Mwangaza-zaidi

Vyanzo vyote viwili vinaonyesha tabia ya kawaida ya "pola-zaidi-wakati-mwangaza-zaidi" inayojulikana katika galaksi za Seyfert, ambapo wigo hupoa (kuongezeka kwa Γ) kadri mkondo wa X unavyoongezeka. Muundo huu umethibitishwa vizuri katika masomo ya AGN na inafikiriwa kuhusiana na mabadiliko katika kina cha macho cha korona ya Compton au jiometri.

4.4 Mtazamo Umoja wa Sampuli ya AGN

Wakati wa kupanga AGN zote saba zilizo na mabadiliko yaliyothibitishwa ya E_cut kwenye mchoro wa E_cut–Γ, tunapata zinaweza kuunganishwa chini ya mfumo wa muundo wa Λ. Ingawa vyanzo vingi vinaonyesha sehemu tu za muundo huu kutokana na masafa madogo ya Γ katika vitu vya mtu binafsi, SWIFT J2127.4+5654 inatoa picha kamili kwa kupanua pande zote mbili za hatua ya kuvunja.

5. Majadiliano na Maana

5.1 Michakato ya Kifizikia kwa Mabadiliko ya E_cut

Miundo iliyogunduliwa inapendekeza michakato mingi ya msingi ya kifizikia inayofanya kazi katika korona za AGN:

• Mabadiliko ya Kijiometri: Mabadiliko katika ukubwa wa korona au jiometri yanaweza kuathiri wakati huo huo Γ na E_cut. Korona nyepesi zaidi inaweza kutoa wigo mgumu zaidi na nishati ya juu zaidi ya kukata.
• Uzalishaji wa Jozi: Uzalishaji wa jozi za elektroni-positroni unaweza kudhibiti halijoto ya korona, na kuunda halijoto ya juu ya asili inayoonyeshwa kama hatua ya kugeuka kwenye muundo wa Λ.
• Mizani ya Kupokanzwa-Kupoa: Mabadiliko katika kiwango cha kupokanzwa au ufanisi wa kupoa yanaweza kusababisha mabadiliko yanayohusiana katika vigezo vya wigo.

5.2 Hatua ya Kuvunja ya Muundo wa Λ

Hatua ya kuvunja kwenye Γ ≈ 2.05 katika SWIFT J2127.4+5654 inaweza kuwakilisha mpito muhimu katika sifa za korona. Chini ya hatua hii, kupokanzwa kwa ziada kinatawala, na kutoa wigo laini zaidi na nishati ya juu zaidi ya kukata. Juu ya hatua hii, michakato ya ziada ya kupoa au uzalishaji wa jozi inaweza kuzuia kuongezeka zaidi kwa halijoto licha ya kuendelea kwa kupoa kwa wigo.

5.3 Kulinganisha na Uchunguzi Uliopita

Matokeo yetu yanasaidia na kupanua matokeo ya awali. Muundo wa awali wa "moto-zaidi-wakati-poa-zaidi" ulioripotiwa na Zhang et al. (2018) unaonekana kuwa halali kwa sehemu ya kupanda ya muundo wa Λ. Hata hivyo, ugunduzi wa tawi la kushuka unaonyesha uhusiano ngumu zaidi unaohitaji marekebisho ya miundo rahisi ya umoja.

5.4 Maana kwa Fizikia ya Korona

Muundo wa Λ unapendekeza kwamba korona za AGN zinaweza kufanya kazi katika mipango tofauti kulingana na vigezo vyao vya msingi. Hatua ya kuvunja inaweza kufanana na hali maalum za kifizikia, kama kina cha macho ambapo ufanisi wa Comptonization hubadilika au ambapo uzalishaji wa jozi unakuwa muhimu.

6. Hitimisho

Utafiti huu unawasilisha maendeleo makubwa katika kuelewa mabadiliko ya E_cut katika AGN kupitia uchambuzi wa kina wa NGC 3227 na SWIFT J2127.4+5654. Ugunduzi wa miundo tofauti—mstari katika NGC 3227 na Λ-katika SWIFT J2127.4+5654—unaonyesha kwamba michakato mingi ya kifizikia inaweza kufanya kazi katika korona za AGN. Mfano uliopendekezwa wa muundo wa Λ unashika AGN zote zinazojulikana kwa sasa zilizo na mabadiliko ya E_cut, ingawa ukubwa mdogo wa sampuli unahitaji tahadhari.

Ufahamu muhimu kutoka kwa utafiti huu ni pamoja na:

• Mabadiliko ya E_cut ni ngumu zaidi kuliko yaliyotambuliwa hapo awali, na matawi yanayoongezeka na kupunguka yakiwezekana
• Muundo wa Λ hutoa mfano unaowezekana wa kuunganisha kwa tabia tofauti za AGN
• Michakato mingi ya kifizikia, ikiwa ni pamoja na mabadiliko ya kijiometri na uzalishaji wa jozi, inaweza kuchangia kwa miundo iliyozingatiwa
• SWIFT J2127.4+5654 inawakilisha chanzo muhimu kama AGN pekee inayoonyesha muundo kamili wa Λ ndani ya kitu kimoja

Uchunguzi wa baadaye na sampuli kubwa zaidi na kampeni za udhibiti za muda mrefu utakuwa muhimu kuthibitisha ujumla wa muundo wa Λ na kuboresha uelewa wetu wa fizikia ya msingi ya korona. Uendeshaji unaoendelea wa NuSTAR na misheni ijayo ya X-ray itatoa fursa ya kusisimua ya kuchunguza zaidi matukio haya.