Galáxias Ativas e Quasares

Transcrição

1 Galáxias Ativas e Quasares Introdução à Astronomia AGA210 - Notas de aula Enos Picazzio IAGUSP 2006 Gygnus A

2 Esta apresentação é parcialmente baseada no capítulo Galáxias, do livro virtual Astronomia e Astrofísica, de Kepler de Souza Oliveira Filho e Maria de Fátima Oliveira Saraiva (UFRGS), adotado como texto básico do tópico Galáxias Ativas e Qasares, do curso AGA210.

3 Galáxias ativas As galáxias ativas são bem mais luminosas que as galáxias normais Elas têm espectros de natureza não-estelar: a luz total emitida não é a soma da luz das suas estrelas A maior parte da energia dessas galáxias é emitida em ondas rádiométricas e infravermelhas A fração das galáxias observadas que apresentam atividade aumenta com a distância da Via Láctea Isto indica que as galáxias foram mais ativas no passado que no presente. A natureza da energia emitida por uma galáxia normal difere daquela apresentada por uma galáxia ativa.

4 Galáxias Seyfert Elas se parecem com galáxias espirais normais, porém com um núcleo galáctico extremamente brilhante, cuja luminosidade pode exceder àquela correspondente ao resto da galáxia.

5 Galáxias Seyfert Primeira evidência de atividade anormal foi notada na NGC Seu espectro apresenta linhas de emissão largas e estreitas no núcleo, produzidas por gás altamente ionizado.

6 Galáxias Seyfert As linhas espectrais muito largas dos núcleos indicam movimentos internos rápidos. apresenta linhas largas e estreitas As luminosidades das Seyferts podem variar muito em fração de ano, fenômeno que só pode ser entendido se a região emissora central de luz for pequena, menor que ano-luz de extensão. apresenta apenas linhas estreitas

7 Galáxias Seyfert As linhas espectrais muito largas dos núcleos indicam movimentos internos rápidos. apresenta linhas largas e estreitas As luminosidades das Seyferts podem variar muito em fração de ano, fenômeno que só pode ser entendido se a região emissora central de luz for pequena, menor que ano-luz de extensão. apresenta apenas linhas estreitas

8 Galáxias Seyfert

9 Galáxias Radio São galáxias ativas que emitem a maior parcela de energia na parte radiométrica do espectro. A energia total é comparável às das Seyferts. Ao contrário das Seyferts, geralmente elas estão associadas com galáxias elípticas.

10 Galáxias Radio Há dois tipos básicos: Núcleo-halo: a maior parcela da energia vem de região central pequena (menos de 1 pc).uma parcela menor vem de halo extenso que circunda o núcleo (com cerca de pc) Lobo (ou Lóbulo): a menor parcela da energia provém da região central compacta. A maior parte vem de regiões imensas de gás, os lóbulos, com até 1 milhão de pc, bem distantes da parte visível da galáxia.

11 Galáxias Radio Há dois tipos básicos: Núcleo-halo: a maior parcela da energia vem de região central pequena (menos de 1 pc).uma parcela menor vem de halo extenso que circunda o núcleo (com cerca de pc) Lobo (ou Lóbulo): a menor parcela da energia provém da região central compacta. A maior parte vem de regiões imensas de gás, os lóbulos, com até 1 milhão de pc, bem distantes da parte visível da galáxia.

12 Galáxias Radio A emissão em rádio é muito intensa. Pode variar de 10 milhões a 100 bilhões de vezes maior que a luminosidade do Sol Observadas no visível, geralmente têm a aparência de uma galáxia elíptica grande Observadas em rádio, apresentam uma estrutura dupla, com dois lóbulos emissores em rádio, localizados um em cada lado da galáxia elíptica, e a distâncias que chegam a 6 Mpc de seu centro.

13 Galáxias Radio Outra característica das rádiogaláxias é a presença de um jato de matéria saindo da fonte central, localizada no núcleo da galáxia. A explicação mais plausível para os jatos: partículas carregadas movendo-se em um campo magnético. Como a trajetória seguida pelas partículas é helicoidal, seu movimento é acelerado e elas irradiam energia. Centauro A, na constelação do Centauro, Hemisfério Sul celeste, é uma das radiogaláxias mais brilhantes

14 Galáxias Radio Centauro A, com seus anéis de matéria (Cerro Tololo Interamerican Observatory).

15 3C219 imagem rádio sobreposta à imagem óptica da galáxia hospedeira. O ponto brilhante no centro é visto em radio, não no óptico. Galáxias Radio

16 Galáxias Radio Cygnus A é uma fonte radio de duplo lobo, com jatos saindo do centro da galáxia. No centro está uma galáxia elíptica gigante, à distância de ~ 200 Mpc. Nessa distância os lobos estão separados por mais de 100 kpc, e têm luminosidade radio 1 milhão de vezes maior que a das galáxias normais.

17 Galáxias Radio

18 Objetos BL Lacertae (BL Lac) Também conhecidos por blazares, O primeiro objeto desse tipo, BL Lacertae, foi observado em 1929, na constelação do Lagarto (Lacertae) Formam outra classe de objetos exóticos, Apresentam um núcleo muito brilhante e compacto.

19 Objetos BL Lacertae (BL Lac) Principais características: extraordinária variabilidade em curtos períodos de tempo, luz polarizada, espectro não-térmico sem linhas de emissão ou absorção seu brilho poder variar por um fator de 15, em poucos meses

20 Objetos BL Lacertae (BL Lac) Boa parte desses objetos são também fontes de rádio, É possível que sejam galáxias rádio, orientadas de forma que a linha de visada fica na direção do jato. Uma hipótese bem aceita: as diversas formas de galáxias com núcleo ativo (Seyfert, quasares e blazares) tenham sua fonte de energia originada no mesmo processo básico: gás sendo sugado por um buraco negro central, liberando energia potencial na forma de radiação.

21 Quasares Quasi Stellar Radio Sources Descobertos em 1961, como fortes fontes de rádio, com aparência estelar, azulada. Provavelmente sejam galáxias com buracos negros fortemente ativos no centro, São objetos extremamente compactos e luminosos, emitindo mais do que centenas de galáxias juntas (até um trilhão de vezes mais do que o Sol). São fontes de rádio intensas,

22 São variáveis, Quasares Quasi Stellar Radio Sources Seus espectros apresentam linhas largas Velocidade de afastando chega a até alguns décimos da velocidade da luz. O primeiro a ter seu espectro identificado foi 3C 273, em Este quasar tem magnitude aparente V=12,85, e magnitude absoluta Mv = -26,9 Distância: 891 Mpc (2,9 bilhão de A.L.)

23 Quasares Muitas galáxias ativas apresentam jatos de matéria abandonando o núcleo em altíssmias velocidades Nas galáxias radio tipo lobo, acredita-se que os jatos transportam a energia do núcleo (onde é gerada) para os lobos (onde é irradiada para o espaço) Os jatos podem ser compostos de bolhas de gás, sugerindo um processo intermitente de geração de energia. As propriedades observadas das galáxias ativas sugerem que a energia é gerada por acreção de gás galáctico em buracos negros supermassivos (bilhão de massas solares) localizados no centro do núcleo.

24 Quasares Essa matéria espirala em direção ao buraco negro, se aquece e emite quantidades enormes de energia. O pequeno tamanho do disco de acreção explica a compactação da região emissora As elevadas velocidades do gás em queda explica o movimento rápido observado A luminosidade típica de uma galáxia ativa só pode ser explicada se o consumo de matéria pelo buraco negro seja elevado, da ordem de uma massa solar a cada poucos anos.

25 Quasares Dois quasares com aspectos bem diferentes 3C273 e seu jato característico (telescópio Hubble). NGC 5128, ou Centaurus-A (telescópio infravermelho Spitzer) revelando a galáxia espiral tombando sobre a galáxia elíptica em cujo centro encontra-se um buraco negro.

26 Quasares Possível explicação para a ocorrência de quasares com desvio para o vermelho: No passado distante não haviam galáxias, portanto não existiam quasares. Nas fases inciais de formação de galáxias, a densidade (galáxias/volume) era elevada, logo colisões devem ter ocorrido produzindo quasares. Com o passar do tempo as colisões dominuiram porque o espaço expandiu e a quantidade de quasares também diminuiu.

27 Quasares Os quasares estão centrados nos núcleos de galáxias. Há fortes indícios de que esse fenômeno esteja associado a buracos negros massivos. Como as galáxias hospedeiras de quasares apresentam aparências desordenadas, suspeita-se que colisões galácticas sejam o mecanismo que faz com que estrelas e gás sejam submetidos às forças de maré e arrastados para os buracos negros, servindo de combustível aos quasares.

28 Quasares Concepção artística de um quasar

29 Quasares

30 Quasares

31 Imagens infravermelhas combinadas da Galáxia Ativa NGC 1097 (ESO's Very Large Telescope, Chile) Nota-se uma rede complexa de estrutura filamentar espiralando em direção ao centro da galáxia, interpretada como filamentos de poeira fria e gás escoando em direção ao centro (onde existe um buraco negro supermasivo) para eventualmente detonar a AGN (Galáxia com Núcleo Ativo).

32 Buraco Negro Buraco Negro Se a fonte estiver distante, a maior parte da luz escapa Quanto mais próxima a fonte, maior quantidade de luz é aprisionada A 1,5 raio de Schwarzschild fótons podem circular o buraco negro, criando a esfera de fótons Chaisson & McMillan, Astronomy Today Se a fonte atingir o horizonte de eventos, toda luz retorna ao buraco negro Enos Picazzio IAGUSP/2006

33 Buraco Negro Relatividade Geral: a massa curva o espaço-tempo. Ao cair a matéria move-se em órbita circular, sofre aquecimento e emite energia. A região interna ao horizonte de eventos é completamente escura.

34 Buraco Negro Relatividade Geral: a massa curva o espaço-tempo. Ao cair a matéria move-se em órbita circular, sofre aquecimento e emite energia. A região interna ao horizonte de eventos é completamente escura.

35 Quasares

36 Modelo Padrão Jato rádio Nuvens BLR Broad Line Regions Buraco Negro e disco de acreção Toróide de poeira Cone de fótons ionizantes Ângulo de visão Rádiogaláxia Linha Estreita Rádiogaláxia Linha Larga Nuvens NLR Narrow Line Regions Quasar muito ativo em rádio Blazar (BL Lac)

37 Características espectrais Low Ionization Nuclear Emission Region Broad-Line Radio Galaxy Narrow-Line Radio Galaxy

38 Possível evolução dos Quasares: Começa como um Quasar altamente luminoso O buraco negro central permanece, agora alimentado por matéria vizinha e não mais com atividade intensa de outrora. Diminui sua atividade como galáxias rádio ou Seyfert Termina como galáxias normais, espriais ou elípticas.