La variabilidad de múltiples longitudes de onda revela la estructura del polvo en los cuásares

Un equipo de investigación ha investigado la variabilidad de los cuásares mediante el seguimiento de longitudes de onda ópticas e infrarrojas medias (MIR) de información sobre variabilidad. Este análisis conjunto multibanda ofrece la oportunidad de explorar la estructura del polvo en la región central del cuásar y promete revelar propiedades clave como su escala y distribución. Ofrece evidencia observacional crucial para refinar el «modelo unificado» de núcleos galácticos activos (AGN).

Los resultados se publicaron en The Astrophysical Journal, y el equipo estuvo dirigido por el profesor Zheng Zhenya, del Observatorio Astronómico de Shanghái (SHAO) de la Academia China de Ciencias.

Selección y análisis de cuásares variables
Utilizando el catálogo de millones de cuásares publicado por el equipo del profesor Wu Xuebing en la Universidad de Pekín, los investigadores seleccionaron cuatro cuásares que presentan una alta variabilidad en el infrarrojo cercano (banda Ks), detectada por el sondeo en el dominio temporal VVV/VVVX del Telescopio de Sondeo Visible e Infrarrojo para Astronomía (VISTA).

Los cuásares son AGN extremadamente luminosos en el universo, caracterizados por su morfología puntual brillante y una significativa variabilidad de brillo. Esta variabilidad permite a los científicos aplicar técnicas de mapeo de reverberación para rastrear la propagación de la radiación central, revelando así la estructura material en la vecindad de los agujeros negros. En teoría, la combinación de observaciones de mapeo de reverberación en las bandas óptica, infrarroja cercana (NIR) y MIR puede proporcionar una perspectiva más completa para dichos estudios.

Con base en los datos observacionales del NIR del estudio en el dominio temporal VVV/VVVX, los investigadores realizaron análisis de retardo temporal para tres cuásares altamente variables en las bandas óptica (Pan-STARRS, ZTF), NIR (VISTA-VVV/VVVX) y MIR (WISE).

Utilizando los retardos de tiempo medidos y las temperaturas de sublimación típicas de las partículas de polvo, los investigadores aplicaron fórmulas teóricas para los radios de sublimación de los granos de grafito y silicato, estimando que la relación de tamaño relativo de las partículas de grafito y silicato en el toro de polvo es de aproximadamente 0,4. Esto indica que, dentro del toro de polvo, las partículas de grafito más pequeñas dominan la radiación en el infrarrojo cercano (NIR), mientras que las partículas de silicato más grandes contribuyen principalmente a la radiación en el infrarrojo medio (MIR).

Los investigadores realizaron un análisis detallado del cuásar más brillante de la muestra, VVV J1845-2426. Combinando datos espectroscópicos obtenidos con el telescopio óptico Lijiang de 2,4 metros, midieron que el corrimiento al rojo del cuásar era de aproximadamente z = 0,25 y que la masa del agujero negro central era de log10(MBH/Msun) = 8,6 ± 0,1. Mediante un ajuste adicional de la distribución espectral de energía (SED) multibanda, también identificaron indicios de la presencia de polvo polar en esta fuente.

Importancia y perspectivas futuras de la investigación
«Mediante el análisis de la variabilidad conjunta multibanda de los AGN, este estudio capturó con éxito el eco del polvo en respuesta a la radiación central en diferentes bandas y estimó la relación de tamaño de los dos componentes principales en el toroide de polvo. Este resultado es significativo para comprender la distribución y las propiedades físicas del polvo alrededor de los AGN», afirmó Long Lin, primer autor del estudio.

A pesar del rápido desarrollo de la astronomía en el dominio del tiempo, los estudios exhaustivos que abarquen las bandas óptica, NIR y MIR en conjunto siguen siendo relativamente escasos, lo que resulta en un tamaño de muestra limitado. Para superar esta limitación, es necesario integrar sistemáticamente datos observacionales multibanda para identificar más AGN que presenten una fuerte variabilidad en múltiples bandas, ampliando así significativamente la base de muestra para la investigación en mapeo de reverberación.

«Es alentador anticipar que, con el inicio de las operaciones científicas del Observatorio Vera C. Rubin y el telescopio espacial SPHEREx, se brindarán nuevas oportunidades de observación para los estudios de mapeo de la reverberación de polvo de los AGN», afirmó el profesor Zheng Zhenya, autor correspondiente del estudio.

Con información de The Astrophysical Journal