Ewolucja aktywnych jąder galaktyk

1. Bożena Czerny Centrum Astronomiczne im. M. Kopernika Warszawa Ewolucja aktywnych jąder galaktyk

2. Czemu warto zajmować sięaktywnymi 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.

3. Schemat struktury aktywnego jądra galaktyki ~ Urry & Padovani 1995

4. 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 – radiogalaktykii punktowe żródla radiowe • 1963 – kwazary jako obiekty kosmologiczne • 1964 – scenariusz akreujących masywnych czarnych dziur (Zeldovich, Salpeter)‏

5. 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

6. 1999 – mojanieudana 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”.

7. 1999 – mojanieudana 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

8. 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 !)

9. 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 galaktykz ewolucją galaktyk i gromad galaktyk

10. 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.

11. Sprzężenie sięga nawet dalej: związek BH-ciemne halo Bandara et al. 2009 dane, Booth oraz Schaye 2009 symulacje.

12. 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

13. Krytyczne momenty: 1998 Boyle i Terlevich (1998) - wykres kosmicznej ewolucji kwazarów i ewolucji tempa formowania się gwiazd (SFR). Także Richstone et al.98 Zatem aktywnośćkwazarów i powstawanie gwiazd następuje jednocześnie!

14. 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 wyplywającamateria 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

15. Nowsza wersja wykresu ewolucji kwazarów i tempa powstawania gwiazd Zheng et al. 2009

16. 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

17. 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: danez Loubser et al. 2009

18. 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

19. Czy AGN są w stanie wywiązać się z zadania? Radiowo glośne AGN – wyplyw w formie dżetu Radiowo ciche AGN – wyplyw w formie wiatru ; widziany w formie linii absorpcyjnych w UV i X-rays. Możliwa geometriawiatru wg. Elvisa (2000)‏ Polączony obraz optyczno-radiowy 3C219, NRAO

20. Przyklad: energetyka wiatru Mathur et al. (2009), NGC 4051 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. Obserwacje VLT obiektu SDSS J0318-0600 (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 M-sigma Stoll et al. 2009

21. 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.

22. 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 radiowoglośne są zbyt często mlode Czerny, Siemiginowska, Janiuk, Nikiel-Wroczyński, Stawarz 2009, punkty obserwacyjne z Wu (2009)‏

23. Mój udzial : Ten sam trend powinien być widoczny w obiektach radiowo cichych. Myślimy, że znależliśmy na to dowód obserwacyjny: W zbiorze 100 000 kwazarówz SDSS znaleźlismy jeden z silna lnia LILs a slabą HIL., bez NLR. To jest najprawdopodobniej wczesny etap reaktywacji kwazara. Hryniewicz, Czerny, Nikołajuk, Kuraszkiewicz 2009.

24. Czy taka epizodycznośc jest ważna? • Z pewnością... • ... Chociaż nie jest jasne, jak bardzo i w jakim zakresie

25. Podsumowanie – gdzie jesteśmy? • Aktywność galaktykjest 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.

26. Powoli zbliżamy się do tego etapu... Podstawy zjawiska krążenia wody w przyrodzie zostay po raz pierwszy uchwycone iw XVIII wieku (wkad Edmunda Halley’a !)‏