Коротко — модель и план проверочных наблюдений.
Модель (компоненты и механизмы, дающие многополосную квазипериодичность)
- Система: одна из комбинаций (или их взаимодействие)
1. Бинарная сверхмассивная чёрная дыра (SMBH) с периодом орбиты, модулирующей приток газа и/или вызывающей доплеровское усиление джета.
- Орбитальный период: $$P=2\pi \sqrt{\frac{a^3}{G(M_1+M_2)}}$$ - Орбитальная скорость: $$v=\sqrt{\frac{G(M_1+M_2)}{a}}$$ - Ожидаемая многополосность: периодическая смена аккреции → UV/оптика (реоблучение), изменение мощностей релятивистского струя → радио/оптика/X.
2. Предессирующий/искривлённый аккреционный диск (Lense–Thirring / гидродинамический изгиб) с периодом прецессии, дающим долгопериодную компоненту; внутренние горячие «hot spot» или спиральные волны на диске дают краткие компоненты.
- Временная задержка между регионами диска (реоблучение): для лагов $\tau$ характерный радиус $$R\approx c\tau .$$ 3. Внутренний релятивистский джет с прецессирующим соплом или с банальной орбитальной доплер-маппингом; в радиодиапазоне и высокочастотной оптике доминирует синхротрон, чувствительный к направлению и поляризации.
- Доплеровское усиление потока: $$F_{\nu }\propto D^{3+\alpha },D=[\gamma (1-\beta \cos \theta ){]}^{-1}.$$
Как это даёт многополосную квазипериодичность
- Разные механизмы/регионы доминируют в разных диапазонах: X/UV — внутренний диск/корона (короткие лаги), оптика — диск/реоблучение (средние лаги), радио — джет (более медленные изменения). Сложение нескольких периодических/псевдопериодических компонент и стохастического (red‑noise) создаёт квазипериодичность и множественные гармоники.
- Признаки: стабильность частоты (более для бинарии/прецессии), изменчивость фазы/амплитуды (для hot‑spot/дисковых волн), энергия‑зависимые лаги и изменение поляризации (для джета).
Последовательность наблюдений для проверки модели (методика, каденс, длительность, анализ)
1. Определить предполагаемый характерный период $P_{\mathrm{est}}$ (из предварительных данных).
- Базовое требование для уверенного обнаружения квазипериодичности: наблюдательная длительность $$T_{\mathrm{obs}}\gtrsim 10P_{\mathrm{est}}.$$ 2. Многополосный фотометрический мониторинг (обязательно синхронный когда возможно)
- X‑лучи (Swift/XRT, XMM‑Newton, NICER): каденс зависит от $P_{\mathrm{est}}$. Для $P\lesssim$ дни — несколько наблюдений в день, для $P\sim$ месяцы — ежедневный/через день.
- UV/оптика/IR (Swift/UVOT, наземные сети роботов, NIR телескопы): каденс от ежедневного до еженедельного так, чтобы Nyquist покрывал интересующие частоты.
- Радио (cm/mm) мониторинг и спектральные точки: еженедельно → ежемесячно в зависимости от скорости изменений.
3. Спектроскопия (широкие линии + профиль)
- Каденс: для $P$ месяцев — раз в неделю/2 недели; для $P$ лет — ежемесячно.
- Цели: измерять лаги широких линий (reverberation), смещение центров/двигательные компоненты. Ожидаемый орбитальный сдвиг, если бинария: амплитуда скорости порядка $$v\sim \frac{2\pi a}{P}$$ или как выше из формулы орбитальной скорости.
4. Поляриметрия (оптика/радио)
- Частые измерения фазы и угла поляризации. Прецессирующий джет даёт периодические повороты угла поляризации и изменение степени поляризации.
5. VLBI‑изображения (каждые месяцы/квартал)
- Следить за структурой джета, появлением компонент, изменением положения сопла (прецессия/движение связанных с бинарией).
6. Аналитика и проверки гипотез
- Частотный анализ: Lomb–Scargle, многооктавный wavelet, multitaper; проверять устойчивость пиков при моделировании red‑noise (фейк‑сигналов).
- Кросс‑корреляция и измерение лагов: ICCF / DCF / z‑transformed DCF; получить $\tau (\nu )$ — функция задержки от частоты/энергии.
- Коэрентность между диапазонами и фаза: вычислять спектральную когерентность и фазовые лаги.
- Поляризационные и спектральные тесты: совпадение фазовых максимумов с изменением поляризации (джет) или с максимумом UV (реоблучение диска).
- Поиск гармоник и стабильности периода во времени (скользящий periodogram / wavelet).
7. Диагностические критерии для отличия моделей
- Бинарная SMBH: устойчивая основная частота $P$ на многих циклах, систематические периодические сдвиги центров широких линий (фазо‑зависимые RV), VLBI‑смещения сопла, энергозависимая амплитуда, согласуемая с доплеровским усилением.
- Прецессирующий диск/джет: плавная эволюция фазы, изменения угла поляризации синхронно с периодом, слабые/отсутствующие RV‑сдвиги широких линий.
- Hot‑spot / дисковые волны: более короткая стабильность периода (декады циклов не обязаны сохраняться), сильные гармоники, фаза зависит от длины волны через реоблучение (UV опережает оптику).
8. Количественные проверки (пример)
- Если измерен лаг между X и оптикой ${\tau }_{X\to opt}$, оценить размер эмиссионной зоны: $$R_{opt}\approx c{\tau }_{X\to opt}.$$ - Сравнить ожидаемый орбитальный период для предположенной полуоси $a$ с наблюдаемым $P$ по формуле орбиты выше; проверить согласие по порядку величины.
- Оценить доплеровское изменение: предсказать амплитуду флуктуаций через $F\propto D^{3+\alpha }$ и сравнить с наблюдаемой амплитудой.
Короткий практический план наблюдений (если период неизвестен, приблизительный режим)
- Первый год: ежедневная/через день фотометрия в оптике+UV; X‑лучи раз в несколько дней; ежемесячная спектроскопия; VLBI каждые 3 месяца; поляриметрия раз в 1–2 недели.
- Если выявлен кандидат‑период $P_{\mathrm{cand}}$: сконцентрировать усилия так, чтобы отслеживать >10 циклов и увеличить длительность и каденс в фазах интереса (максимумы/пики).
- Всегда проводить моделирование красного шума и bootstrap/MC для оценки значимости периодов.
Итог: модель должна быть композиционной (бинария ± предессирующий диск ± джет ± локальные структуры). Ключ к проверке — синхронные многодиапазонные наблюдения с достаточной длительностью $T_{\mathrm{obs}}\gtrsim 10P$, спектроскопия для RV и лагов, VLBI и поляриметрия для джета, и строгая статистика против red‑noise.