Dipartimento di Astronomia Università di Padova Galassie e Nuclei Galattici Attivi Stefano Ciroi Belluno, 28 Novembre 2002 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 In generale sappiamo che: Una galassia tipica contiene 1010-1012 stelle La luminosità totale vale 109-1011 Lsole La luminosità nel nucleo vale 106-108 Lsole Memo: Lsole ~ 4•1033 erg/s Msole ~ 2•1033 gr Distanza delle galassie Effetto Doppler Redshift 0 v z 1 0 0 c (valido se z<1) 0 v 1 c Legge di Hubble v H d H 75 km / s / Mpc cz d 4000 z H Mpc Morfologia delle galassie Spettro di una galassia Righe di H F4-V Mg I Na I G2-V G-band Mg I Ca II Ca II [O III] PN Ha+[N II] Hb 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 - USA Edwin Hubble ottiene spettri “tipo nebulosa planetaria” dai nuclei di 3 galassie. • 1943 - USA Karl 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 3C273 le righe della serie di Balmer dell’H. Il redshift di questa sorgente risulta pari a z=0.16. Sono stati scoperti i Quasar. Classificazione delle Seyfert Le Seyfert sono gli AGN vicini (z<0.1) Seyfert Seyfert 1 Seyfert 2 Forte continuo Debole continuo Righe di H larghe Righe di H strette Righe dei metalli strette Righe dei metalli strette Esempi di spettri di Sy1, Sy2 Sy1 Sy2 Esempi di spettri di Sy2 e StarBurst Sy2 SB SB Proprietà delle galassie attive Forte emissione di energia Regione nucleare luminosa e compatta Variabilità delle righe di emissione e del continuo Cosa nascondono le galassie attive Consideriamo una Seyfert 1 che abbia • luminosità nucleare LAGN 1045 erg/s • variabilità Dt 1h Da cosa può essere prodotta tanta energia? Cerchiamo di capirlo con il seguente ragionamento... L’AGN sarà contenuto in una regione di raggio RAGN c • Dt 1014 cm E quindi in un volume VAGN = 4/3 p (RAGN)3 4.2 • 1042 cm3 Consideriamo una stella di tipo O/B, con T 30 000 K Questa 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 Considerazioni finali • 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. • 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) LAGN ~ 1041 - 1047 erg/s NGC 3277 (non attiva) LAGN ~ 108 – 1014 Lsole Lsole ~ 1033 erg/s Un AGN può emettere tanta luce quanta quella dell’intera galassia ospite!! Variabilità nella finestra visibile Le curve di luce delle righe di emissione sono concordi fra loro ma in ritardo rispetto a quella del continuo. La luce prodotta dall’ AGN e passata attraverso il gas emittente ha fatto un tragitto più lungo!! gas AGN Oss. Dx ~ c • Dt Dx ~ 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 = e mc2 con e 0.1 (fattore di efficienza) La luminosità sarà la variazione di energia nell’unità di tempo DE Dm L Dt e c2 Dt Quindi la velocità di accrescimento vale Dm L Dt e c 2 Un Quasar di luminosità 1047 erg/s accresce materia a una velocità di 1027 gr/s, ossia 17 Msole/anno !