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
cz
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 !