Galassie e Nuclei Galattici Attivi

Belluno, 28 Novembre 2002

Dipartimento di AstronomiaUniversità di Padova

Stefano Ciroi

La Via Lattea

Dove siamo?

R ~ 8.5 kpc

v ~ 220 km/s

P ~ 2.4 • 108 anni

Memo:

1 pc = 3.26 a.l. ~ 2.05•105 U.A. ~ 3.09•1013 km

Le altre galassie

Una galassia tipica contiene 1010-1012 stelle

La luminosità totale vale 109-1011 Lsole

La luminosità nel nucleo vale 106-108 Lsole

In generale sappiamo che:

Memo:

Lsole ~ 4•1033 erg/sMsole ~ 2•1033 gr

Effetto Doppler

Redshift

c

v1

00

0

z

(valido se z<1)

cv

1

0

Distanza delle galassie

Legge di Hubble

MpczH

zcd

MpcskmHdH

4000

//75v

Morfologia delle galassie

PN[O III]

H

H+[N II]

F4-V

G2-V

Righe di H

G-band

Mg I Na I

Ca IIMg I

Ca II

Spettro di una galassia

Nuclei Galattici Attivi

Note storiche

• 1908 – Lick Observatory (USA)Fath rivela la presenza di righe di assorbimento nei nuclei delle galassie molto brillanti (all’epoca chiamate “nebulose a spirale”), ma nello spettro di NGC 1068 scopre importanti righe di emissione.• 1926 - USAEdwin Hubble ottiene spettri “tipo nebulosa planetaria” dai nuclei di 3 galassie.

• 1943 - USAKarl Seyfert ottiene spettri dei nuclei compatti e brillanti di 6 galassie, che mostrano molte righe di emissione più larghe di quelle di assorbimento,provenienti da atomi con vario grado di ionizzazione. Queste galassie passano sotto il nome di galassie di Seyfert.

• 1963 – CalTech (USA) Maarten Schimdt riconosce nello spettro ottico della sorgente radio apparentemente stellare 3C-273 le righe della serie di Balmer dell’H. Il redshift di questa sorgente risulta pari a z=0.16.Sono stati scoperti i Quasar.

Le Seyfert sono gli AGN vicini (z<0.1)

Seyfert

Seyfert 1 Seyfert 2

Forte continuo Righe di H larghe

Righe dei metalli strette

Debole continuo

Righe di H strette

Righe dei metalli strette

Classificazione delle Seyfert

Esempi di spettri di Sy1, Sy2

Sy1

Sy2

Esempi di spettri di Sy2 e StarBurst

Sy2

SB

SB

Forte emissione di energia

Regione nucleare luminosa e compatta

Variabilità delle righe di emissione e del continuo

Proprietà delle galassie attive

Cosa nascondono le galassie attive

Consideriamo una Seyfert 1 che abbia

• luminosità nucleare LAGN 1045 erg/s

• variabilità t 1h

Da cosa può essere prodotta tanta energia?

Cerchiamo di capirlo con il seguente ragionamento...

E quindi in un volume

VAGN = 4/3 (RAGN)3 4.2 • 1042 cm3

L’AGN sarà contenuto in una regione di raggio

RAGN c • t 1014 cm

Consideriamo una stella di tipo O/B, con T 30 000 KQuesta stella avrà

L 105 Lsole 4 • 1038 erg/s

R 50 Rsole 3.5 • 1012 cm V 1.8 • 1038 cm3

Se calcoliamo il rapporto fra le luminosità e fra i volumi otteniamo

LAGN/L 2.5 • 106 VAGN/V 2.3 • 104

Per produrre l’energia osservata nell’AGN servirebbe un numero di stelle O/B 100 volte superiore a quello che sarebbe in grado di riempire il volume in cui è contenuto l’AGN !!!

…e allora??

Soluzione Buco Nero (BH) supermassiccio

MBH ~ 107-109 Msole

Accresce materia (gas e stelle) ad elevata temperatura

Produce potenti campi magnetici

• Data l’ elevata luminosità, gli AGN sono visibili ad alto redshift, cioè indietro nel tempo!

Sono importanti nell’evoluzione dell’Universo.

• Le galassie con nuclei attivi sono appena il 10% del totale delle galassie note.

L’attività è un fenomeno breve rispetto alla vita

totale delle galassia.

Considerazioni finali

• La causa principale dell’attività non è stata individuata.

Serve un metodo efficiente per convogliare materia

verso il BH: esplosioni di stelle vicine, barre/dischi

stellari o interazioni gravitazionali fra galassie?

• Importante scoperta recente: anche le galassie non attive contengono nel nucleo BH supermassicci, che vengono chiamati quiescenti!

L’attività nelle galassie è un fenomeno transitorio e ricorrente nella vita di una galassia.

NGC 5548 (attiva) NGC 3277 (non attiva)

LAGN ~ 1041 - 1047 erg/s

Lsole ~ 1033 erg/s

LAGN ~ 108 – 1014 Lsole

Un AGN può emettere tanta luce quanta quella dell’intera galassiaospite!!

Le curve di luce delle righe di emissione sono concordi fra loro ma in ritardo rispetto a quella del continuo.

Variabilità nella finestra visibile

La luce prodotta dall’ AGN e passata attraverso il gas emittente ha fatto un tragitto più lungo!!

AGN Oss.

gas

x ~ c • t

x ~ settimane/mesi-luce

1 s.l. = c • (3600s x 24h x 7g) = 1.8•1011 km ~ 1200 U.A.

La variabilità nell’ X è dell’ordine di qualche ora.

Distanza Terra-Plutone ~ 40 U.A.La luce del Sole impiega oltre 5 ore per raggiungere Plutone.

Quindi:

l’AGN è contenuto in una regione delle dimensioni del nostro Sistema Solare.

Il raggio del BH è definito come la distanza al di sotto della quale nemmeno la luce è in grado di contrastare l’enorme forza di gravità

RBH = (2 G / c2) • MBH = 3 MBH/Msole (in km)

Un BH di massa 108 Msole avrà un raggio di 3 • 108 km, cioè 2 U.A.

Secondo la Relatività Generale

E = mc2 con 0.1 (fattore di efficienza)

La luminosità sarà la variazione di energia nell’unità di tempo

t

mc

t

EL

2

Quindi la velocità di accrescimento vale 2c

L

t

m

Un Quasar di luminosità 1047 erg/s accresce materia a una velocità di 1027 gr/s, ossia 17 Msole/anno !