Ewolucja aktywnych jąder galaktyk

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
2009
1999 – 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
•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).
The main figure from my poster
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
MBH
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.
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
Polączony obraz optycznoradiowy 3C219, NRAO
Radiowo ciche AGN – wyplyw w
formie wiatru ; widziany w formie linii
absorpcyjnych w UV i X-rays.
Możliwa geometria wiatru wg. Elvisa
(2000)
Przyklad: energetyka wiatru
Mathur et al. (2009), NGC 4051
Obserwacje VLT obiektu SDSS J03180600 (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 Msigma
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, NikielWroczyński, 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.
Czy taka epizodycznośc jest
ważna?
Z pewnością...
... Chociaż nie jest jasne, jak bardzo i
w jakim zakresie
Podsumowanie – gdzie jesteśmy?
•Aktywność galaktyk jest ważna
•Centralna czarna dziura ewoluuje razem z
galaktyką w ścislym związku
• Niektóre efekty są uchwycone od strony
energetycznej
Ale daleko jeszcze jesteśmy od zrozumienia,
jakie niestabilności mogą występować w
dysku akrecyjnym, jak one mogą wplywać na
ewolucje aktywności jądra, i jak ta ewolucja
tlumaczy się na faktyczny wplyw na
wielofazowy ośrodek galaktyczny i
międzygalaktyczny.
Powoli zbliżamy się do tego
etapu...
Podstawy zjawiska krążenia wody w przyrodzie zostay po raz pierwszy
uchwycone iw XVIII wieku (wkad Edmunda Halley’a !)