Anno 2007/2008
Castellucci Mattia, Dal Bianco Nicola, Piccoli Elena,
Siciliano Marco, Tronchin Luca
Liceo Scientifico “Guglielmo Marconi” - Conegliano (TV)
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
TOROIDE
OSCURO
JET
DISCO DI
ACCRESCIMENTO e
BUCO NERO
JET
Disco di accrescimento
Composto da materia di
gas, polveri e stelle.
Metà materia assorbita dal
buco nero centrale viene
trasformata direttamente
in energia.
Emissione degli AGN
• 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
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.
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.
Seyfert 1
Radio Quiet
(debole emissione radio)
AGN
Seyfert 2
Quasar
Radio Loud
(forte emissione radio)
Blasar
A seconda
dell’inclinazione del
toro rispetto
all’osservatore, un
AGN Radio Quiet
prende la
denominazione di
Seyfert 1 o Seyfert 2
• 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
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.
IRAF: Image Reduction and Analysis Facility
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)
AMBIENTE DI LAVORO:
Sfruttate operazioni standard di IRAF con input manuale
CALCOLO DEL FLUSSO DI UNA LINEA:
INTERPOLAZIONE GAUSSIANA:
Ci permette di calcolare:
Picco
FWHM
Luminosità del continuo a 5100Ǻ:
avg
Per calcolare la massa e la Luminosità di un AGN,
determinare…
•… il redshift
center  0
z
0
c z  1  1
d
H 0 z  12  1
2
•… la distanza dalla Terra (formula relativistica)
•… il flusso di continuo
•… la luminosità
•… il raggio della BLR
f ( )  avg  
L  f   4d 2
L


rld 
 2,23 44 5100 1 
10ld 
10 erg  s 
0, 69
• … la velocità di turbolenza
vx 
v x 1 FW HM

c
2
2 center
v  vx  v y  vz  vx 3
2
2
2
Infine porre alla forza gravitazionale la caratteristica di esser
centripeta.
GMm
v2
m
2
r
r
Poi ricavare la massa.
v2r
M
G
Luminosità continuo - Hβ
1,20E+43
Luminosità Hβ [erg/s]
1,00E+43
8,00E+42
6,00E+42
4,00E+42
2,00E+42
0,00E+00
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]
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.
Luminosità continuo - [O III]
6,00E+42
Luminosità [O III] [erg/s]
5,00E+42
4,00E+42
3,00E+42
2,00E+42
1,00E+42
0,00E+00
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]
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.
Massa AGN - Velocità Hβ
1,40E+07
1,20E+07
vFWHM Hβ [m/s]
1,00E+07
8,00E+06
6,00E+06
4,00E+06
2,00E+06
0,00E+00
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 [M‫]סּ‬
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.
Massa AGN - velocità [O III]
4,50E+06
4,00E+06
v FWHM [O III] [m/s]
3,50E+06
3,00E+06
2,50E+06
2,00E+06
1,50E+06
1,00E+06
5,00E+05
0,00E+00
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 [M‫]סּ‬
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.
Massa AGN - Luminosità continuo
Luminosità continuo [erg/s/Å]
6,00E+44
5,00E+44
4,00E+44
3,00E+44
2,00E+44
1,00E+44
0,00E+00
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 [M‫]סּ‬
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.
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