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Galáxias Ativas, Quasares e Buracos Negros Supermassivos
Rogério [email protected]
Universidade Federal do Rio Grande do SulInstituto de Física
Departamento de Astronomia
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Núcleo Ativo de Galáxia (AGN)
São galáxias que emitem uma enorme quantidade de energia com espectro não térmico. Ou seja, a radiação proveniente do um AGN não pode ser explicada apenas por processos térmicos gerados no interior das estrelas.
Principais características:Alta luminosidade (maior do que 1011 L ◎);Contínuo dominado por emissão não térmica – Radio-Raio γ;Variabilidade rápida (dias/horas);Alto contraste de brilho entre o núcleo ativo e a galáxia hospedeira; Linhas de emissão intensas, muito largas em alguns casos.
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TIPOS DE AGNs
Classificadas de acordo com sua aparência e natureza da radiação emitida.
Galáxias Seyfert (Carl Seyfert – 1943): Apresentam um núcleo ativo muito brilhante . A energia emitida pelo núcleo é várias vezes maior que energia da galáxia hospedeira.
A velocidade de rotação do gás varia de:1000 e 10000 km/s Seyfert 1 – Linhas largas200 e 1000 km/s Seyfert 2 – Linhas estreitas
NGC 2110NGC 7469
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Galáxias Seyfert
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Galáxias AtivasGaláxias Seyfert 1
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Quasares: Foram descobertos como sendo fontes de aparência estelar (na banda ótica) porém com emissão muito intensa na banda de rádiofreqüências (z até 6.5).
3C175
3C2173 é um dos objetos mais brilhantes já observados (está a 2 bilhões de anos-luz.)
Os jatos relativísticos ionizam o meio a grandes distancias da fonte central.
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Quasares
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Radiogaláxias: São radiofontes muito intensas, nas quais o meio galáctico pode ser distinguido do núcleo.
3C219
LINER: São galáxias com o núcleo ativo e de baixa ionização.
Objetos BL Lacs: Estes objetos apresentam alta polarização da radiação emitida nas banda ótica e rádio.
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Centaurs ALenticular14 Milhões anos luz;
É uma das rádio galáxias mais próximas.
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Modelo Unificado de AGNs
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Modelo Unificado de AGNs Eclipse do Buraco Negro por um nuven de gás
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Qual a origem da energia emitida pela “fonte central”?
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NGC 4151 ➔ T exp.
Tamanho do núcleo frente a galáxia
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NGC 4151 ➔ T exp.
Tamanho do núcleo frente a galáxia
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NGC 4151 ➔ T exp.
Tamanho do núcleo frente a galáxia
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Massa da fonte Central – Primeira estimativa
Os núcleos das galáxias Seyfert não podem ser maiores que 100 pc pois eles parecem como fontes pontuais no optico (1959 – Woltjer);
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Massa da fonte Central
✓ Considerando r ≤ 100 pc e v =1000 km/s (FWHM);
✓Enorme concentração de massa na região central (1010 M sol);
✓ ou r é muito menor, o que implica em uma enorme densidade de energia dentro do AGN!
Implicações
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BURACOS NEGROS
• Força gravitacional:
• Velocidade de escape:
• Raio de Schwarschild:
Quando v=c, temos um BuracoNegro.Terra = 9 mm.Sol = 3 km;
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slide: Rodrigo Nemmen
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BURACOS NEGROS
Horizonte de Eventos
Ponto que concentra toda a massa do buraco negro, onde a densidade infinita: singularidade central
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Como se formam?
Depende do tipo:
1) Estelares: final da vida de estrelas massivas: explode como supernova
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Exemplo: Sistema binário SS433
Concepção artística de SS433 de observações
com o satélite Chandra de Raios-X em Jan. 2004
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Animação do sistema GRO J1655-40
Matéria da estrela sendo acretada pelo buraco negro.
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2) Buracos negros de massa intermediária: associados a aglomerados de estrelas
IRS13 (Maillard Nov. 2004), em imagens de ótica adaptativa com Telescópio Gemini: BN de massa 1300 MSol próximo ao centro da Via Láctea.
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No centro das galáxias, com massas de milhões a bilhões de vezes a massa do Sol.
Exemplo: galáxia ativa (rádio-galáxia) Centaurus A (BN de 100 Milhões de massas Solares)
3) Buracos negros supermassivos:
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Fonte de Energia das estrelas
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• Quasares emitem 3.3x1046 ergs s-1
• Em 108 anos: 1062 ergs
• Será a energia nuclear, como nas estrelas?
Porque BN’s são necessários?
![Page 28: Negros Supermassivos Galáxias Ativas, Quasares e …...onde σ=dispersão de velocidades das estrelas na galáxia ≅200 km/s Para M=108M o, R ≅10 pc=33 anos-luz na galáxia. •Galáxias](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022053014/5f1217efcbc60909082f66ef/html5/thumbnails/28.jpg)
A Energia dos AGNs
Energia nuclear EN=0.007mc2=6.3×1018 ergs para m=1g;
- numa estrela, fusão nuclear ocorre com 10% da massa;
1062ergs= 6.3× 1018 ergs/g× 0.1 × 2×1033g/estrela × 1011estrelas (~M da Via Láctea)
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• Quasares emitem 3.3x1046 ergs s-1
• Em 108 anos: 1062 ergs = 1011 SN’s (energia nuclear)
• Precisaríamos a energia da explosão de todas as estrelas de uma galáxia como supernovas
• isto não se observa!
Porque BN’s são necessários?
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A Energia dos AGNs
Energia nuclear EN=0.007mc2=6.3×1018 ergs para m=1g;
- numa estrela, fusão nuclear ocorre com 10% da massa;
1062ergs= 6.3× 1018 ergs/g× 0.1 × 2×1033g/estrela × 1011estrelas (~M da Via Láctea)
Energia gravitacional EG=GMm/R; para m=1g:
EG (Sol)=2x1015ergs; EG (Anã branca)=1017ergs;
Mas para objetos compactos (Estrela de nêutrons ou BN):
EG (BN)=1020 ergs/g;
1062ergs=1020 ergs/g× 2×1033g/estrela × 5× 108estrelas
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A Energia dos AGNs
A energia dos AGNs vem da acreção de matéria ao Buraco Negro central: transformação de energia potencial gravitacional em energia radiativa + cinética dos jatos
A acreção se dá através de um “disco de acreção”, que se forma para conservação do momentum angular
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Paradigma atual dos Núcleos Ativos de Galáxias
• Luminosidade dos AGNs: transformação da taxa de energia potencial da matéria acretada em potência radiativa e jatos!
• Agente da transformação: disco de acreção!
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Calculando a Massa dos BN’s
•Se há um BN no centro de uma galáxia, uma massa m (estrelas ou gás) obedece ao Teorema do Virial:
onde M=massa do BN; v=velocidade da massa m ; R=raio da órbita da partícula.
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Procurando BN’s em galáxias
A gravidade do BN atrai partículas de gás e poeira a sua volta
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“Dieta” do Buraco Negro
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Buraco negro “devorando” uma estrela de nêutrons
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Procurando BN’s no universo
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•Raio de influência do BN:
onde σ=dispersão de velocidades das estrelas na galáxia ≅200 km/s
Para M=108Mo, R ≅10 pc=33 anos-luz na galáxia.
•Galáxias mais próximas: 2-4 Mpc (6-12 milhões de a.-l.) ⇒ 33 a.l. ~ 1 segundo de arco (difícil entes da década de 90);
• Telescópio Espacial Hubble (HST): tornou possível resolver raio de influência do BN (‘resolução angular de 0.1”);
Procurando BN’s em galáxias
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•
Evidências Observacionais de BNs supermassivos em galáxias ativas
•Discos de gás girando a altas velocidades;•Geração de jatos e radiação colimada por estrutura com simetria cilíndrica
•Energia emitida
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Evidências Observacionais de BNs supermassivos em galáxias ativas
Movimentos extremos em direção ao centro de NGC 1097
Fathi et al., 2006 (Rogemar e Thaisa)
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Buracos negros no núcleo de todas as galáxias?Ferrarese & Merrit (2000) e Gebhardt et al. (2000) sugerem que massa do BN é proporcional à massa do bojo;
Sempre que há bojo há BN? Parece que sim, inclusive na Via-Láctea !
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Fig BN propto massa bojo
Buracos negros no núcleo de todas as galáxias?
AGN
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Sagitários A – BN no centro da Via Láctea
BN de 3.6 Milhões de Massas Solares
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Sagitários A – BN no centro da Via Láctea
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Conseqüência da presença de um BN no centro de uma galáxia, uma vez que todas parecem ter um
•Para densidades típica de estrelas no centro das galáxias: ocorre 1 BN a cada 10.000 anos
•Quando uma estrela chegar a uma distância menor do que o raio de maré rT será destruída;
• Parte da matéria será capturada formando um disco ou anel que fica orbitando o BN até ser engolida por ele (Rees 1988).
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Os buracos negros podem crescer?
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Considerações Finais:
A energia observada nas galáxias ativas possivelmente não seja devido a processos nucleares (como nas estelas);
Evidências observacionais indicam que a fonte de energia das galáxias ativas está associada a acreção de matéria por um buraco negro central.
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Instrumentos necessários para estudar estes objetos
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Telescópio SOAR
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CTIO 4m Gemini 8m
Thaisa Storchi Bergmann
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Satélite Chandra de raios-X (Tamanho:~13.5m)
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SPITZER
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Telescópio Espacial Hubble:
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Futuro: Novo Telescópio Espacial: James Webb Space Telescope
Espelho de 6m e blindagem do Sol; órbita no ponto de Lagrange L2