Ewolucja aktywnych jąder galaktyk
Bożena Czerny
Centrum Astronomiczne im. M. Kopernika
Warszawa
Czemu warto zajmować się aktywnymi galaktykami?
•Aktywne galaktyki to bardzo ciekawy temat dla kogoś, kto lubi ogólną teorię względności
• jądra aktywnych galaktyk to masywne
czarne dziury otoczone przez wplywającą i wyplywającą plazmę
•Poruszająca się materia emituje
promieniowanie i w ten sposób można śledzić to, co dzieje się w bezpośrednich okolicach
czarnej dziury.
Schemat struktury
aktywnego jądra galaktyki
~ Urry & Padovani 1995
Trudne początki – niezamawiane odkrycie
•BL Lac jako ‘gwiazda zmienna’
•Lata 40-te – badania galaktyk z jasnymi jadrami i silnymi liniami emisyjnymi
(Seyfert)
•Lata 50/60-te – radiogalaktyki i punktowe żródla radiowe
• 1963 – kwazary jako obiekty kosmologiczne
• 1964 – scenariusz akreujących
masywnych czarnych dziur (Zeldovich,
Salpeter)
Zawrotna kariera AGN
Obecnie znane jest cale zoo aktywnych galaktyk:
radiogalaktyki, kwazary,
galaktyki Seyferta, LINERS itp., różnią się parametrami akrecji i katem widzenia.
Co więcej, w ciągu ostatnich dziesięciu lat odkryto niezwykle ważna rolę, jaką aktywne jądra odgrywają w ewolucji galaktyk, czyli od ciekawostki do istotnego elementu ewolucji struktury
materii w kosmologii.
“They are no ornament which just happens to be there...” A. Fabian 20091999 – moja nieudana wyprawa do Portsmouth
Odbywala się tam
konferencja– 5th Compton symposium „Galaxy
dynamics: from the early universe to the present” i pokazalam tam plakat
dotyczacy aspektow ewolucji czasowej AGN.
Mój plakat nie zostal jednak
przyjety jako że „ it does not
fit the general line of the
Proceedings”.
1999 – moja nieudana wyprawa do Portsmouth
The main figure from my poster
•Stany stabilne i niestabilne
• Stany niestabilne oznaczają
„limit-cycle type oscillations” – okresy zwiększonego i
zmniejszonego tempa akrecji (czyli poziomu aktywności)
• Skale czasowe są od tysięcy lat (niestabilność związana z ciśnieniem promienowania) do miliona lat (niestabilność związana z częściową
jonizacją).
Klasyczne podejście do ewolucji:
Ewolucja galaktyk:
- - Początkowe narastanie niejednorodności - - Powstawanie gwiazd
- - Ewolucja gwiazd w galaktyce
Ewolucja aktywnych jąder galaktyk
- - Ocena czasu trwania fenomenu kwazara
- - Rozważania niestabilności dyskowych (bardzo
niepopularne !)
Wspólczesny punkt widzenia:
Okladka materialów z konferencji: The Monster’s Fiery Breath:
Feedback in galaxies, groups, and clusters, 1-5 June 2009, Fluno Center, Madison Wisconsin
FEEDBACK/SPRZĘŻENIE ZWROTNE– związek aktywności galaktyk z
ewolucją galaktyk i gromad galaktyk
Krytyczne momenty: 1998
Magorrian et al. :
Mbh = 0.0052 Mbulge Oznacza to istnienie mechanizmu
regulującego wspólny wzrost galaktyki i
centralnej czarnej dziury. Najczęściej (z powodów
obserwacyjnych)
przedstawiany teraz jako związek M-sigma.
MBH
Sprzężenie sięga nawet dalej:
związek BH-ciemne halo
Bandara et al. 2009 dane, Booth oraz Schaye 2009 symulacje.
Krytyczne momenty : lata 90-te i póżniej
•Centralne masywne czarne dziury są we wszystkich galaktykach
• W większości galaktyk aktywność jest
slaba (e.g. Sgr A* w Mlecznej Drodze) ale
nie ma ścislej granicy pomiędzy galaktykami aktywnymi i nieaktywnymi
• Zatem centralne czarne dziury i galaktyki
jako calość ewoluują wspólnie
Krytyczne momenty: 1998
Boyle i Terlevich (1998) - wykres kosmicznej
ewolucji kwazarów i ewolucji tempa
formowania się gwiazd (SFR).
Także Richstone et al.98
Zatem aktywność kwazarów i
powstawanie gwiazd następuje
jednocześnie!
Jak to jest możliwe?
e.g. Collin i Zahn 1999:
Gwiazdy powstają w grawitacyjnie niestabilnej
zewnętrznej części dysku akrecyjnego wokół czarnej dziury
Gwiazdy te także akreuja materię
Gwiazdy wybuchają jako supernowe
Rozrzucona i wyplywająca materia wzbogaca otoczenie w pierwiastki ciężkie.
Taki scenariusz wyjaśnia wywoanie powstawania gwiazd,
nature szybkich i silnych wyplywów, oraz sloneczną lub
większą metaliczność w kwazarach nawet dla dużych z
Nowsza wersja wykresu ewolucji kwazarów i tempa powstawania
gwiazd
Zheng et al. 2009
Jak wygląda to oddzialywanie jadra i galaktyki?
Nie wiadomo. Ale problem można rozwazać od dwóch stron:
- Od strony symulacji powstawania galaktyk (wymogi energetyczne w stosunku do aktywnego jądra)
- Od strony modelowania aktywnego jądra i testowania, co jego obecność może dać, w konfrontacji z
obserwacjami
Symulacje kosmologiczne
potrzebują aktywnych galaktyk
Ostatnie symulacje wykonane przez grupe McCarthy et al. W
oparciu o
OverWhelmingly Large Simulations project. Bez efektów AGN (REF) i z efektami energetycznymi AGN.
Czarny histogram: dane z Loubser et al. 2009
W ogólności, AGN feedback jest wymagany:
•W gromadach galaktyk do
powstrzymania zbyt efektywnego
osiadania gorącego gazu (czyli tzw.
cooling flows)
• W grupach galaktyk do kontrolowania struktury grupy poprzez wplyw na ilość gazu
• W pojedynczych galaktykach do
kontrolowania tempa powstawania
gwiazd i zapewnienia relacji M-sigma
Czy AGN są w stanie wywiązać się z zadania?
Radiowo glośne AGN – wyplyw w
formie dżetu Radiowo ciche AGN – wyplyw w
formie wiatru ; widziany w formie linii absorpcyjnych w UV i X-rays.
Możliwa geometria wiatru wg. Elvisa (2000)
Polączony obraz optyczno- radiowy 3C219, NRAO
Przyklad: energetyka wiatru
Obserwacje VLT obiektu SDSS J0318- 0600 (z=1.9257)
Dunn et al. 2009
Szczególowe modelowanie dalo tempo wyplywu masy 120 Msun/rok, strumień energii kinetycznej na poziomie 0.1 procenta jasności bolometrycznej, a o czynnik 50 więcej przy uwzględnieniu pylu, a 5 procent wystarczy do
wyjaśnienia grzania ICM i relacji M- sigma
Mathur et al. (2009), NGC 4051 Równie staranna analiza widma
rentgenowskiego galaktyki NGC 4051, bliskiego żródla o duzym stosunku Eddingtona pokazuje, że energia wyplywu jest 4 – 5 rzędów wielkości za mala, aby zapewnić potrzebny feedback. Prędkości wyplywu sąw dodatku za male, poniżej prędkości ucieczki.
Stoll et al.
2009
A może bardziej subtelne efekty są ważne?
Hopkins i Elvis 2009, simulacja obloku ISM w oddzialywaniu z gorącym wiatrem z AGN. Nawet stosunkowo niezbyt intensywny wiatr zaburza oblok i nie dopuszcza do powstawania w nim gwiazd.
Mój udzial w badaniach:
Zanim uda się sformulować obrazek globalny, trzeba zrozumieć samoistne zachowanie aktywnej galaktyki i przetestować je w oparciu o obserwacje. Faza aktywna, wywolana przez przyczynę zewnetrzna (wiekszy czy mniejszy merdżer, czy nawet rozerwanie i akrecja obloku molekularnego) jest najprawdopodobniej zjawiskiem zlożonym, o charakterze multiepizodycznym (intermittent).
Obserwacja: obiekty radiowo glośne są zbyt często mlode
Czerny, Siemiginowska, Janiuk, Nikiel- Wroczyński, Stawarz 2009, punkty obserwacyjne z Wu (2009)
Mój udzial :
Ten sam trend powinien być widoczny w obiektach radiowo cichych. Myślimy, że znależliśmy na to dowód obserwacyjny:
W zbiorze 100 000 kwazarów z SDSS znaleźlismy jeden z silna lnia LILs a slabą HIL., bez NLR.
To jest
najprawdopodobniej wczesny etap
reaktywacji kwazara.
Hryniewicz, Czerny, Nikołajuk,
Kuraszkiewicz 2009.
