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AGNACTIVE GALACTIC NUCLEI
Facultad de CienciasCTE II2007
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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
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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
2
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Radio lóbulosRadio 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.10
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 α =1.
• Hoy 0.3 < α < 2 sólo constante en radio e infrarrojo.
• No térmica.
Visible
αυ υ −=F
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RADIACIÓN SINCROTÓN
• Polarización.• Electrones relativistas cuya distribución de energías es una
ley exponencial.• Fν crece para ν→ 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 Δt = R/c
• Por ejemplo:Δt = 1día → R = 1 día luz
• Típicamente:Δt = 1hora → R = 7.2 u.a.
122
1 coscos llRl
Rl−=→
+= ϑϑ
121
,1cos1 llRlR
−≈≈→<< ϑ
γtc
cvtcRtcR
cRt
Δ=−Δ=Δ=
=Δ
2
2
1,16
LÍMITE DE EDDINGTON
)104(
105.1
%,7.0
)1(02.0
4
26
31
12
WattL
WattMML
HX
kgmXk
MkGcL
SOL
ED
electrondisp
ED
×=⊕
×=
=
+=
=
−−
π • 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
103.3105.1
105
⊕×==
=
MG
RcM
cGMRS
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”
4
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• Galaxias de tipo intermedio.• Líneas de emisión de Balmer.
– Hα: 656.3 nm (3→2), Hβ: 486.1 nm (4→2).
Hα
Hβ
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.
HαOII
Hβ OIII
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anchasfinas
finas
Hβ
Hα
Hβ
22
correspondencia
Hβ
Hβ
Hα
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ENSANCHAMIENTO DOPPLER
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2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ Δ=↔=
Δλλ
λλ
BkmcT
cv
• Si fuese por temperatura T ~ 108 K
• Presencia de FeIIsugiere sólo T ~ 104 K
• Se debe al efectoDoppler → 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 Hα• 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
≤≤=
•
ηη 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
GrvM 8
2
2
1015000
1 parsec
1 mes luz34
CONSUMO
• Quasars más luminosos: 1 a 10 M☼por año.
• AGN’s menos luminosos, requieren 10 a 100 veces menos.
423.00572.0
2
≤≤=
•
ηη cMLdisk
Ldisk = LEddington
M = 108 M☼η = 0.1Ldisk = 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.36
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.
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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 problemacon 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.
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