castellucci mattia, dal bianco nicola, piccoli elena, siciliano marco, tronchin luca liceo...
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Castellucci Mattia, Dal Bianco Nicola, Piccoli Elena, Siciliano Marco, Tronchin Luca
Liceo Scientifico “Guglielmo Marconi” - Conegliano (TV)
Anno 2007/2008
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Active Galactic Nuclei
Misura della luminosità di continuo, Hß e [O III] Stima della massa del buco nero Relazioni fra luminosità di continuo e righe in emissione di 50 spettri di Seyfert 1 / QSO con z < 0.5
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TOROIDE OSCURO
JET
JET
DISCO DI ACCRESCIMENTO e
BUCO NERO
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Disco di accrescimento
Composto da materia di gas, polveri e stelle.
Metà materia assorbita dal buco nero centrale viene trasformata direttamente in energia.
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• Frizione delle particelle del disco di accrescimento
• Nucleo della galassia in cui si trova il buco nero
• Continui delle stelle della stessa galassia
• Continui delle stelle delle galassie circostanti
Emissione degli AGN
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Dato il redshift molto elevato (finora il massimo confermato è z=6,4), questi corpi celesti si trovano molto lontano nel tempo e quindi nello spazio.
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Rilevamento della presenza di un buco nero inattivo tramite l’osservazione della deviazione delle traiettorie delle stelle.
Questo accade anche all’interno della Via Lattea, come si può notare dall’animazione.
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AGN
Radio Quiet
(debole emissione radio)
Radio Loud
(forte emissione radio)
Seyfert 2
Blasar
Quasar
Seyfert 1
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A seconda dell’inclinazione del toro rispetto all’osservatore, un AGN Radio Quiet prende la denominazione di Seyfert 1 o Seyfert 2
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• BLR (Broad Line Region)– Forte turbolenza
– Righe di emissione larghe
– Variazione con periodo di qualche ora
– Grandezza approssimabile al Sistema Solare
• NLR (Narrow Line Region)– Minore turbolenza
– Righe di emissione strette
– Variazione con periodo di qualche anno
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Telescopio da 2,5 m di diametro dell’osservatorio di Apache Point nel New Mexico utilizzato nel progetto Sloan Digital Sky Survey.In questo progetto sono state osservate circa 100 milioni di stelle, 1 milione di galassie e 100000 quasar, tra cui gli spettri analizzati.
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Programma freeware nativo su piattaforma UNIX che permette l’analisi di immagini e spettri, in ambito astronomico.
Programma utilizzato per ricavare i valori necessari all’elborazione dei dati:
• Flusso (Hβ, [O III])
• Picco (Hβ, [O III])
• FWHM (Hβ, [O III])
• Redshift
• Luminosità del continuo a 5100Ǻ (avg)
IRAF: Image Reduction and Analysis Facility
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AMBIENTE DI LAVORO:
Sfruttate operazioni standard di IRAF con input manuale
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CALCOLO DEL FLUSSO DI UNA LINEA:
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INTERPOLAZIONE GAUSSIANA:
Ci permette di calcolare:
Picco
FWHM
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Luminosità del continuo a 5100Ǻ:
avg
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Per calcolare la massa e la Luminosità di un AGN, determinare…
11
112
2
0
z
z
H
cd
0
0
centerz•… il redshift
•… la distanza dalla Terra (formula relativistica)
•… il flusso di continuo
•… la luminosità
•… il raggio della BLR
avgf )(
24 dfL
69,0
1445100
1023,2
10
serg
L
ld
ldr
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• … la velocità di turbolenza
cv
vcenter
FWHMxx
2
1
2
3222xzyx vvvvv
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Infine porre alla forza gravitazionale la caratteristica di esser
centripeta.
r
vm
r
GMm 2
2
Poi ricavare la massa.
G
rvM
2
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Luminosità continuo - Hβ
0,00E+00
2,00E+42
4,00E+42
6,00E+42
8,00E+42
1,00E+43
1,20E+43
2,00E+43 7,00E+43 1,20E+44 1,70E+44 2,20E+44 2,70E+44 3,20E+44 3,70E+44 4,20E+44 4,70E+44
Luminosità continuo [erg/s/Å]
Lu
min
osit
à H
β [
erg
/s]
Il grafico evidenzia una dipendenza lineare tra la luminosità del continuo e quella di Hβ; infatti, dal momento che l’energia necessaria a ionizzare l’idrogeno e dunque a produrre tale riga di emissione viene emessa dal disco d’accrescimento, ci si aspetta che a un aumento della prima luminosità corrisponda un aumento anche della seconda.
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Luminosità continuo - [O III]
0,00E+00
1,00E+42
2,00E+42
3,00E+42
4,00E+42
5,00E+42
6,00E+42
2,00E+43 7,00E+43 1,20E+44 1,70E+44 2,20E+44 2,70E+44 3,20E+44 3,70E+44 4,20E+44 4,70E+44
Luminosità continuo [erg/s/Å]
Lu
min
osit
à [
O III]
[erg
/s]
Come è possibile notare dal grafico, esiste una proporzionalità diretta tra le due grandezze prese in esame: in modo analogo al grafico precedente, maggiore è l’energia irradiata dal disco d’accrescimento maggiore è anche il numero di elettroni liberi nella NLR che, urtando con gli atomi di ossigeno ionizzato, fanno saltare gli elettroni sul livello metastabile, emettendo in seguito questa riga proibita.
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Massa AGN - Velocità Hβ
0,00E+00
2,00E+06
4,00E+06
6,00E+06
8,00E+06
1,00E+07
1,20E+07
1,40E+07
0,00E+00 1,00E+08 2,00E+08 3,00E+08 4,00E+08 5,00E+08 6,00E+08 7,00E+08
Massa AGN [Mּס[
v FW
HM
Hβ
[m
/s]
Anche questo grafico evidenzia una dipendenza tra le due grandezze prese in esame. La velocità degli atomi di idrogeno nella BLR (calcolata in base al redshift a metà picco di Hβ) deve essere tale che essi non cadano nel buco nero; infatti dalla legge di gravitazione di Newton si ricava che questa velocità orbitale è proporzionale alla massa del corpo centrale.
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Massa AGN - velocità [O III]
0,00E+00
5,00E+05
1,00E+06
1,50E+06
2,00E+06
2,50E+06
3,00E+06
3,50E+06
4,00E+06
4,50E+06
0,00E+00 1,00E+08 2,00E+08 3,00E+08 4,00E+08 5,00E+08 6,00E+08 7,00E+08
Massa AGN [Mּס[
vF
WH
M [O
III]
[m
/s]
In questo caso non sembra esserci invece qualche dipendenza tra la massa delle AGN e la velocità degli atomi di [O III] (calcolata in base al redshift a metà picco d’emissione), i quali, trovandosi nella NLR a grande distanza dal buco nero, sono meno legati all’attrazione di quest’ultimo.
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Massa AGN - Luminosità continuo
0,00E+00
1,00E+44
2,00E+44
3,00E+44
4,00E+44
5,00E+44
6,00E+44
0,00E+00 1,00E+08 2,00E+08 3,00E+08 4,00E+08 5,00E+08 6,00E+08 7,00E+08
Massa AGN [Mּס[
Lum
inos
ità
cont
inuo
[er
g/s/
Å]
Dal grafico non sembra esservi una proporzionalità diretta tra la massa delle AGN e la luminosità del continuo. Ciò è dovuto al fatto che l’energia emessa dal disco d’accrescimento è proporzionale alla quantità di materia per unità di tempo che cade nel buco nero; essa dipende dunque anche dalla quantità di materia presente nel disco oltre che dalla massa dell’AGN.
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Bibliografia:
Dalle stelle all'universo, lezioni di astrofisica di Alessandro Braccesi - Zanichelli, 2000
Active galactic nucleus black hole masses and bolometric luminosities di Jong-Hak Woo e C. Megan Urry - The Astrophysical Journal, 2002
Central masses and broad-line region sizes of active galactic nuclei di A. Wandel, B. M. Peterson e M. A. Malkan - The Astrophysical Journal, 1999
The relationship between luminosity and broad-line region size in active galactic nuclei di Shai Kaspi, Dan Maoz et al. - The Astrophysical Journal, 2005