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AGNACTIVE GALACTIC NUCLEI

Facultad de Ciencias

CTE II

2007

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GALAXIAS DE NÚCLEO ACTIVO

• Galaxias Seyfert.

• Radio galaxias.

• Quasars.

• Blazars.

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GALAXIAS SEYFERT

• Carl Seyfert: 1943.– Galaxias con espectros de líneas de

emisión anchas.– En su mayoría espirales.– Núcleo de apariencia “estelar”.

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Galaxia Seyfert Galaxia normal

Fuente puntual

5

RADIO GALAXIAS

• Ondas de radio ↔ poder separador.

• 1950’s: búsqueda de contrapartes en la banda visible.

• Par de radio fuentes con una galaxia entre ambas.

• Muchas eran elípticas normales, y otras con particularidades.

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Galaxia elíptica

60 millones de a.l.

Radio galaxia M87

Jet

7

Radio lóbulos

Radio lóbulos

Radio galaxia Centaurus A

10 millones de a.l.

8

700 millones de a.l.

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QUASARS

• Quasi stellar radio sources.

• Fuertes emisores de radio.

• Originalmente, apariencia estelar.

• Interpretación de espectros: grandes redshifts.

• Distancias cosmológicas.

• Cientos de veces más luminosos que una galaxia normal.

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Quasar

Galaxia elíptica

9 mil millones de años luz

7 mil millones de años luz

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BLAZARS

• Originalmente “estrellas variables”.• 1970’s: BL de la constelación Lacertae.• Rápida y amplia variabilidad de intensidad

de radiación.• Espectro “casi plano”.• Se mide el redshift en mínimo de intensidad.• Distancias cosmológicas.

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CONTINUO DE AGN

• Inicialmente índice espectral =1.

• Hoy 0.3 < < 2 sólo constante en radio e infrarrojo.

• No térmica.

Visible

F

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RADIACIÓN SINCROTÓN

• Polarización.• Electrones relativistas cuya distribución de energías es una

ley exponencial.• F crece para → 0 (hasta que el plasma de electrones se

vuelve opaco a sí mismo).• Curva característica, distinta a la radiación térmica.

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Seyfert

Seyfert

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ESTIMACIÓN DEL TAMAÑO• Esfera con pulso de luz

simultáneo.• La luz viaja una distancia

adicional:

l2 - l1 = R• El pulso se retarda un

máximo de t = R/c• Por ejemplo:t = 1día → R = 1 día luz• Típicamente:t = 1hora → R = 7.2 u.a.

122

1 coscos llRl

Rl

121

,1cos1 llRl

R

tc

c

vtcRtcR

c

Rt

2

2

1,

16

LÍMITE DE EDDINGTON

)104(

105.1

%,7.0

)1(02.0

4

26

31

12

WattL

WattM

ML

HX

kgmXk

Mk

GcL

SOL

ED

electrondisp

ED

• Límite superior de luminosidad– simetría esférica

– fuerza de gravedad

– presión de radiación

– opacidad debida a la dispersión por electrones

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RESULTADOS

• Radio de Schwarzchild.• Tamaño típico 7.2 u.a.

• Con la distancia y flujo, se calcula la luminosidad.

• ¿Agujero negro?

MM

MWatt

LM

LWattL ED

8

31

39

103.3

105.1

105

MG

RcM

c

GMRS

82

2

107.32

2

AGUJERO NEGROSUPERMASIVO

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• Galaxias de tipo temprano.• Típicas líneas de absorción de estrellas gigantes

rojas.

GALAXIAS “NORMALES”

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• Galaxias de tipo intermedio.• Líneas de emisión de Balmer.

– H: 656.3 nm (3→2), H: 486.1 nm (4→2).

H

H

OII

OIII

GALAXIAS “NORMALES”

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GALAXIAS “NORMALES”

• Galaxias de tipo tardío.• Las líneas de emisión son típicas de regiones HII

→ se explican con estrellas jóvenes y masivas (fuerte UV) que ionizan el medio interestelar.

HOII

H OIII

21

anchas

finas

finas

H

H

H

22

correspondencia

H

H

H

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ENSANCHAMIENTO DOPPLER

22

2

Bk

mcT

c

v

• Si fuese por temperatura T ~ 108 K

• Presencia de FeII sugiere sólo T ~ 104 K

• Se debe al efecto Doppler → gas en rápido movimiento.

• Líneas anchas: 1000 a 5000 km/s.

• Líneas angostas: 500 km/s

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GALAXIAS SEYFERT

• La mayoría son espirales.

• Núcleo: importante radiación no estelar.

• Variabilidad de intensidad de radiación.

• Seyfert 1:– Líneas anchas y

angostas.

• Seyfert 2:– Sólo líneas angostas.

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RADIO GALAXIAS

• Potentes en radio, más que Seyferts.

• Dos formas:– Core-halo.

– Lobe-radio (jets).

• Elípticas o S0.• Importante radiación

no estelar (sincrotón).

• Variabilidad de intensidad de radiación.

• BLRG:– Líneas anchas y

angostas.

• NLRG:– Sólo líneas angostas.

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Quasar

27

28

QUASARS

• Quasars y QSO’s.– Quasars potentes en radio.

• P5GHz > 1024.7 W Hz-1

– QSO’s radio poder inferior.• P5GHz = 1022 – 1024 W Hz-1 (<1024.7)

• Quasars, QSO’s, Sy1, BLRG:– Continuo de ley exponencial y líneas de emisión

anchas.

• QSO’s más luminosos que Sy1 y BLRG.

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Seyfert 2

Líneas angostas

Líneas anchas

Seyfert 1

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UNIFICACIÓN DE SEYFERTS

• Dentro de una Seyfert 2, parece haber un núcleo de Seyfert 1.

• En la Seyfert 2, materia tapa el núcleo más potente.

• La reflexión polariza la radiación.

• Se percibe por radiación reflejada fuera del núcleo.

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UNIFICACIÓN GLOBAL

• Correlación de luminosidades:– continuo carente de

rasgos (alrededor de 480 nm)

– línea H

• Sy1, Sy2, BLRG, NLRG, Quasars y QSO’s lo verifican.

• Continuo produciría la emisión de las líneas.

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GENERACIÓN DE ENERGÍA• Agujero negro y disco

de acreción.• Momento angular y

viscosidad.• Observador lejano:

E = mc2, liberación de energía en reposo.

423.00572.0

2

cMLdisk

• Órbitas estables:

– r = 3 RS ↔ 5.72% energía de unión gravitatoria es masa en reposo.

– r = 0.5 RS ↔ 42.23%

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DINÁMICA DEL MODELO

MG

luzmess

km

G

rvM 8

2

2

1015000

1 parsec

1 mes luz

34

CONSUMO

• Quasars más luminosos: 1 a 10 M☼ por año.

• AGN’s menos luminosos, requieren 10 a 100 veces menos.

423.00572.0

2

cMLdisk

Ldisk = LEddington

M = 108 M☼

= 0.1

Ldisk = 1.5 × 1039 Watt

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JETS Y LÓBULOS

• Campo magnético:– plasma del disco

– agujero negro.

• Mecanismos de colimación.

• Radiación sincrotón.• Doppler beaming.• Esencialmente galaxias

elípticas.

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MODELO UNIFICADO

• Agujero negro.• Disco de acreción:

– radiación no térmica.

• Nubes que generan líneas anchas.

• Toroide opaco en UV y visible.

• Nubes que generan líneas finas.

• ÁNGULO DE VISIÓN.

37

38

39

40

EVOLUCIÓN DE QSO’s

• Un número constante de quasars disminuyen su luminosidad con el tiempo.

• ¿Un mismo objeto evoluciona?

• ¿Se trata de un promedio de objetos de corta vida?

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LA ÉPOCA DE LOS QUASARS

• Mayor número en el pasado.

• Máximo hacia z ~ 2.2.• ¿Formación de los

quasars o problema con las observaciones?

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¿FORMACIÓN DE GALAXIAS?

• Quasars: en el pasado, mayor acreción de materia por los agujeros negros supermasivos.

• Papel importante de los procesos de mergers: duración relativamente corta.

• Galaxias elípticas en centros de supercúmulos: mergers.

• Interacción gravitatoria: en QSO’s y Seyfert hay 6 veces más que en las galaxias normales.

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MODELO EVOLUTIVO

• Quasars y Blazars → Radio galaxias→ Galaxias elípticas normales

• QSO’s → Seyfert → Galaxias espirales normales

• Por interacción gravitatoria, una galaxia normal podría transformarse en AGN.

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VALORACIONES CRÍTICAS

• El disco es pequeño o no aparece.

• ¿Redshifts no debidos a distancias cosmológicas?

• Quasars hoy son muchos rojos y con átomos pesados: ¿starburst?

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REFERENCIAS

• Curso de astrofísica II. Coziol. Universidad de Guanajuato.http://www.astro.ugto.mx/cursos/astrofisicaII/AstrofisicaII_Parte_II/segunda_parte.htm

• Galaxies and the Universe. Keel. University of Alabama.http://www.astr.ua.edu/keel/galaxies/

• Sitio del Hubble Space Telescope: http://hubblesite.org/

• Physics, structure and fueling of AGN. Osterbrock.• Unified models for AGN and quasars. Antonucci.• Black hole models for AGN. Rees.

• Astronomy Today. Mc Millan, Chaisson.

• 21 Century Astronomy. Burstein, Blumenthal, Greely, Smith, Voss, Wegner, Hester.

• An introduction to modern astrophysics. Carroll, Ostlie.