Μελέτη των πλατιών γραμμών απορρόφησης των Si IV και C IV στα υπεριώδη φάσματα των Broad Absorption Line Quasars
Authors: Σταθόπουλος Δημήτριος 
Published: September 2021

Η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στην μελέτη των πλατιών γραμμών απορρόφησης (Broad Absorption Lines-BALs) των ιόντων Si IV και C IV στα υπεριώδη φάσματα των Broad Absorption Line Quasars (BALQSOs). Τα BAL προφίλ αποτελούν την φασματική υπογραφή μιας ταχύτατα κινούμενης εκροής που πηγάζει από τον δίσκο προσαύξησης που περιβάλει μια υπερμεγέθη κεντρική μελανή οπή που εδράζεται στο κέντρο κάθε quasar και επιδεικνύουν ασυνήθιστα μεγάλα εύρη, μεγάλη ποικιλομορφία, πολυπλοκότητα και έντονη μεταβλητότητα. Οι ιδιότητες, η δομή, η προέλευση και η έντονη μεταβλητότητα του BAL υλικού παραμένουν επί σειρά δεκαετιών ανοιχτά ερωτήματα μεγάλου αστροφυσικού ενδιαφέροντος. Το σημαντικότερο ερώτημα όσον αφορά την προέλευση των BALs είναι αν αυτές είναι το προϊόν ενός ομαλού και ομοιογενούς ανέμου ή το αποτέλεσμα σύνθεσης επιμέρους συνιστωσών προερχόμενων από ανεξάρτητα νέφη απορρόφησης στη γραμμή παρατήρησης.Προκειμένου να δοθούν απαντήσεις στα ανωτέρω ανοιχτά ερωτήματα απαιτείται: α) η χρήση ενός μοντέλου ικανού να διαχωρίζει τις διπλέτες συντονισμού των Si IV και C IV και να προσομοιώνει τις BALs τους μέσω πολλαπλών συνιστωσών β) ο ακριβής και μονοσήμαντος προσδιορισμός του αριθμού αυτών των συνιστωσών φασματικών γραμμών απορρόφησης γ) o ακριβής και μονοσήμαντος προσδιορισμός των τιμών μιας σειράς παραμέτρων κάθε συνιστώσας φασματικής γραμμής όπως είναι η ακτινική ταχύτητα (Vrad), το εύρος (FWHM) και το οπτικό βάθος. δ) η δημιουργία ενός λογισμικού μέσω του οποίου να θα καθίσταται δυνατή η επεξεργασία όλων των προηγούμενων προβλημάτων, εφόσον αυτά λυθούν ε) έχοντας λύσει όλα τα προηγούμενα προβλήματα θα έπρεπε να μελετηθούν οι μεταβολές των μελετώμενων παραμέτρων όλων των συνιστωσών των γραμμών συντονισμού Si IV και C IV εφόσον οι μεταβολές αυτές αποτελούν και προϋπόθεση διερεύνησης του αν οι BALs είναι το προϊόν ενός ομαλού και ομοιογενούς ανέμου ή το αποτέλεσμα σύνθεσης επιμέρους συνιστωσών προερχόμενων από ανεξάρτητα νέφη απορρόφησης στη γραμμή παρατήρησης.Όλες οι προηγούμενες προϋποθέσεις καλύφθηκαν στην μελέτη μας καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι η επικρατέστερη εκδοχή είναι ότι οι BALs δημιουργούνται από ανεξάρτητα νέφη απορρόφησης στη γραμμή παρατήρησης. που δημιουργούνται εντός της ασταθούς και ανομοιογενούς εκροής (Stathopoulos et al. 2015, 2019).Στο πρώτο μέρος της εργασίας εφαρμόστηκαν τα κριτήρια προσομοίωσης των BALs Si IV και C IV, μέσω πολλαπλών συνιστωσών, στην περίπτωση 20 BALQSOs και για κάθε συνιστώσα απορρόφησης υπολογίστηκε η ακτινική μετατόπιση (Vrad), το FWHM, και το οπτικό βάθος. Στο δεύτερο μέρος μελετήθηκε η μεταβλητότητα των παραμέτρων των συνιστωσών των BALs Si IV και C IV, μεταξύ δύο διαφορετικών εποχών, σε 10 εκ των quasar του δείγματος.Ειδικότερα, στην παρούσα εργασία γίνεται χρήση του μοντέλου GR (Danezis et al. 2003, 2007, Lyratzi et al. 2007, 2009) ενός μοντέλου ικανού να διαχωρίζει τις διπλέτες συντονισμού των Si IV και C IV και να προσομοιώνει τις BALs τους μέσω πολλαπλών συνιστωσών. Ομοίως το μοντέλο αυτό έχει την δυνατότητα να προσομοιώνει τόσο την τελική συνάρτηση γραμμής για κάθε συνιστώσα όσο και το συνολικό προφίλ της BAL, ως σύνθεση πολλαπλών συνιστωσών. Τα προηγούμενα έχουν προκύψει από την επίλυση της εξίσωσης διάδοσης της ακτινοβολίας σε σύνθετη ατμόσφαιρα αποτελούμενη από, νέφη απορρόφησης στη γραμμή παρατήρησης. Η μοναδικότητα της τελικής προσομοίωσης, του αριθμού των συνιστωσών και των τιμών των φυσικών παραμέτρων διασφαλίζεται μέσω μιας σειράς προτεινόμενων αυστηρών κριτηρίων ταυτόχρονης προσομοίωσης των BALs Si IV και C IV μέσω πολλαπλών συνιστωσών (Stathopoulos et al. 2015, 2019). Τέλος, προκειμένου να γίνει η επεξεργασία όλων των προηγουμένων κατασκευάστηκε ένα νέο λογισμικό για τις ανάγκες της μελέτης το οποίο καλείται ASTA (Tzimeas, Stathopoulos et al. 2019).Το κυρίαρχο αποτέλεσμα της μελέτης είναι ότι οι BALs δεν είναι το προϊόν ενός ομαλού και ομοιογενούς ανέμου αλλά το αποτέλεσμα σύνθεσης πολλαπλών συνιστωσών που δημιουργούνται σε νέφη απορρόφησης στη γραμμή παρατήρησης γεγονός το οποίο επιβεβαιώθηκε για πρώτη φορά μέσω της επεξεργασίας παρατηρούμενων αστρονομικών δεδομένων.Πιο συγκεκριμένα, τα γενικά συμπεράσματα που προέκυψαν από την παρούσα εργασία είναι τα εξής: Σε κάθε quasar οι BALs Si IV και C IV εκτείνονται στο ίδιο εύρος ταχυτήτων και αποτελούνται από τον ίδιο αριθμό συνιστωσών απορρόφησης οι οποίες δημιουργούνται σε νέφη απορρόφησης τα οποία αποτελούν σμήνη - συγκεντρώσεις μικρότερων δομών (clumps). Επιπροσθέτως, τα δύο ιόντα είναι κομμάτι της ίδιας εκροής, εκρέουν από την ίδια περιοχή και τα νέφη απορρόφησης περιέχουν και τα δύο ιόντα, ενώ τα νέφη πλάσματος χαρακτηρίζονται από παρόμοιες αποστάσεις από την μελανή οπή (βρίσκονται πολύ κοντά στο χώρο των ταχυτήτων), παρόμοια κινηματική συμπεριφορά και φυσικές συνθήκες.Ο μηχανισμός δημιουργίας των BALs και το φυσικό μοντέλο της BAL περιοχής έχουν ως εξής: κάθε clump παράγει μια γραμμή απορρόφησης το εύρος της οποίας εξαρτάται από τις θερμικές και μη θερμικές κινήσεις (microturbulence) των ιόντων εκάστου clump. Οι γραμμές απορρόφησης των clumps βρίσκονται πολύ κοντά στο χώρο των ταχυτήτων με αποτέλεσμα να επικαλύπτονται και να δημιουργούν πλατιές γραμμές απορρόφησης που αντιστοιχούν σε νέφη. Οι πλατιές γραμμές απορρόφησης των νεφών, λόγω του μεγάλου εύρους τους, με τη σειρά τους μπλέκονται μεταξύ τους δημιουργώντας τις πλατιές κοιλάδες απορρόφησης που καλούνται BALs.Η εμφάνιση μεταβλητότητας των συνιστωσών απορρόφησης των Si IV και C IV εντοπίζεται κυρίως σε αλλαγές στο οπτικό βάθος των συνιστωσών. Οι συνιστώσες απορρόφησης των BALs Si IV και C IV εμφανίζουν ανεξάρτητες μεταβολές το οποίο αποτελεί ένδειξη της διακριτότητας και ανεξαρτησίας των νεφών μεταξύ τους.Όσον αφορά τον μηχανισμό πρόκλησης της μεταβλητότητας, τα αποτελέσματά μας ευνοούν την υπόθεση περί μεταβολών στην κατάσταση ιονισμού των νεφών έναντι της κίνησης των νεφών εντός και εκτός της γραμμής παρατήρησης, δεδομένου ότι δεν παρατηρούνται μεταβολές στις ακτινικές ταχύτητες των νεφών.Εκτενής περίληψη στην Αγγλική γλώσσα υπάρχει στις σελίδες 5-31 της διατριβής. Οι ακριβείς αναφορές που εμφανίζονται στο ανωτέρω κείμενο βρίσκονται στην βιβλιογραφία της διατριβής στη σελίδα 201.