Galáxias Ativas

Galáxias Ativas

Galáxias Ativas e Buracos Negros Super massivos

Thaisa Storchi Bergmann Instituto de Física, UFRGS, Brasil w w w.if. ufrgs. br/~thaisa/bn w w w.if. ufrgs. br/astrone ws

Illust.credit: CXC/A. Hobart

Su mário

•O que são Buracos Negros?

•Tipos de Buracos Negros •Quem tem medo deles? Gamma Ray Bursts

•BN’s supermassivos

•A acreção de matéria como fonte de energia

•Galáxias Ativas

•Acreção de matéria a BNs supermassivos

• Conclusões

BURACOS NEGROS (BN): O QUE SÃO •Força gravitacional:

•Velocidade de escape:

• Raio de Schwarschild:

•Qualquer objeto que atinge um raio menor do que o raio de

Schwarschild se transforma em um buraco negro, uma vez que nenhuma força da natureza pode resistir ao seu colapso gravitacional, pois velocidade de escape = c!

•Para a Terra: R

=9 m!Para o Sol: 3 km!

Sch

•Para o BN no centro da Via Láctea: 3x10 6 km=4 R Sol

GMm F =

GMmmv esc

GM v

Sch esc ==

2c GM

R Sch =

Como se formam? Dependedo tipo:

1) Estelares: final davidade estrelasmassivas: explosão co mosupernova

Possívelinfluência dos buracos negros na nossacivilização: Se explosão de hipernova acontecer perto do Sol: raios-gamma destróem camada de ozônio: hipótese favorecida para explicar a extinção de 60% da vida na terra há450 milhões de anos atrás. Concepção artística: jato de raios –gamma na direção da Terra

Drestruição da camada de ozônio (concepção artística)

2) Buracosnegrosde massaintermediária: associadosa aglomeradosde estrelas

Maillard(Nov. 2004), emimagensde ótica adaptativacom TelescópioGemini: BN de massa1300 M Sol próximo aocentro da

Via Láctea

3) Buracos negros super massivos:

No centrodas galáxias, com massas de milhõesa bilhões de vezesa massado Sol.

Exemplo: galáxia ativa(rádio- galáxia) CentaurusA: image m co mposta

• Quasares e mite m

(energia nuclear)

•Precisaríamosa energia daexplosão de todasas estrelas de umagaláxia comosupernovas: istonãose observa!

Porque BN’s são necessários?

Modelling results A Energiados NúcleosAtivosde Galáxias(AGN)

•A energia dos AGNs vem da acreção de matériaao Buraco Negro central: transformação de energia potencial gravitacional em energia radiativa + cinética dos jatos •A acreção se dáatravés de um “disco de acreção”,que se forma para conservação do momentum angular

• Energia nuclearEN

18 ergs para m=1g; numa estrela, fusão nuclear ocorre com 10% da massa; 10 62

1 estrelas

Energia gravitacional EG =GMm/R; para m=1g:

ergs; EG (Anã branca)=10

Mas para objetos compactos (Estrela de nêutrons ou BN):

Galáxias Ativas:

Quasares:Distantes, têmas maisaltasluminosidades, quedominama luminosidadedagaláxia; com ostelescópiosmaisantigos, nãose observavaa galáxia, sóo núcleobrilhante; hojesabemosquesãonúcleosativosde galáxiascom altataxa de acreção; Telescópio Espacial mostrou a galáxiae mtorno

Rádio- galáxias:galáxias ativas muitolu minosase mrádio(jatos de partículas relativísticas); sãoraras, habitamgaláxiaselípticas(fusãode galáxias); Ex. : Centaurus A (página anterior)

Galáxias Seyfert:galáxias mais próximas, cujoespectro nuclear ése melhante aosdos Quasares, masmenosluminoso; observa-se a galáxia“hospedeira”com facilidade

Objetos BL Lac:galáxias ativas(rádio- galáxias nasua maioria) observadas ao longodo jato: efeitosde amplificaçãorelativísticosfazemqueo espectroseja do minado peloespectro do jato .

LINERs:galáxiascom atividadenuclear fraca; quase50% dasgaláxiaspodeter estaatividade, observaçãocom boa resoluçãoespectrale espacialénecessáriapara ver e missão “ não- tér mica” do núcleo

Quasares observadosco m o Telescópio Hubble Quasares observadosco m o Telescópio Hubble

Galáxia Seyfert Circinus:

Tem “starburst” (regiãode intensa formaçãoestelar) emtornodo núcleo. Gássendo expelido da galáxiaa partirde ventos dasestrelas e possivelmentedo disco de acreção

Modelo

Unificado para os AGNs

O torode poeira: (concepçãoartística)

Observações: Calculandoa Massados BN’s

•Se háum BN no centrode umagaláxia, uma massa m (estrelas ou gás)e mequilíbrio virial no seupotencialgravitacionalobedecea relação:

ondeM=massado BN; v=velocidadedamassa de provam; R=raiode suaórbita.

Rv M

GMm mvUT

Observação de órbita completade estrela(S2) emtornode

SgrA*: BN

M Sol

(Genzelet

BN supermassivomaispróximo: no núcleoda nossagaláxia, a Via Láctea

Vídeo: 10 anosde observação Vídeo: 10 anosde observação

Imagemdo núcleodaVia Lácteaobservadacom satéliteChandra de raios-X: e missões de energia produzidas por acreção de matéria ao BN super massivo.

A “dieta”doBuracoNegro no centrodaVia Láctea A “dieta”doBuracoNegro no centrodaVia Láctea

Fig BN proptomassabojo

Resultadode observaçõescom o TelescópioEspacialHubble:massados BNssuper massivoséproporcionalà massa do bojo da galáxia

Como podeocorrer o crescimentodo bojojuntocom o do BN:

Época dafor mação dos BNssuper massivos:juntoco m as galáxias, quandoo Universotinhauns2 bilhõesde anosde idade(idadeatual13 bilhõesde anos). Quasares(observados muitolonge, e portantono passado) sãoosBN supermassivos e mfor mação: grandes quantidades de energiae mitida pela captura de matéria pelo BN.

Consequênciasdapresençade um BN no centrode u ma galáxia, u ma vez quetodas parece mter u m:

Quando u maestrelachegar a umadistânciamenordo queo raiode marérT será destruída, sendo parte da matériacapturadafor mando um disco ouanelquefica orbitandoo BN atéser engolida porele(Rees 1988).

•Para a densidadetípicade estrelasno centrodas galáxias, frequênciadesteseventoséde 1 a cada10.0 anos

Concepção artística(Chandra, Ko mossa 2004) que mostra capturae destruiçãode umaestrela

Instrumentos utilizados para “observar”BNs CTIO 4m Gemini 8m

Telescópios Espaciais Telescópios Espaciais

•Numaobservaçãoem1991 dagaláxiaNGC1097 (aofundo), queestáa 50 milhõesde anosluzde distânciadetectei“por acaso”o disco de acreçãoquepodetersidoformadopelos restosde umaestrelacapturadapeloburaconegro central. Próximoepisódiotalvezsódaquia 10 0 anos!

Nasrevstas de divulgaçãocientíficasaiu: cientistacaptura “gritosde despedida”de umaestrelasendoengolidaporum buraco negro super massivo!

O casode NGC 1097: estoucom sorte?

Observação:

Não dápara resolver disco de acresção espacialmente, mas no espaço de velocidades: Perfil da linha de emissão Hα do H largo e de duplo pico.

Interpretação:

Disco de gás girando a alta velocidade (~10000 km/s)

Fontese aproxima Observador

Fontese afasta

Efeito Doppler:

Modelling results Dimensões

Horizonte de eventos= R

Sch = 3 km

Sch

Sch de Urano=2,5 horas-luz

Raiodiscos de acresção:

Distânciaestrela mais próxima=4,2 anos-luz

DiâmetrodaVia-Láctea=100 0 anos-luz Distânciade Andrômeda=2,2 milhõesde anos-luz

Observaçõesrecentescom o Gemini: sugeremquedisco de acreção estáta mbémsendo alimentado por braçosespirais nucleares:

Braçosespirais nucleares alimentando disco de acreção: Braçosespirais nucleares alimentando disco de acreção:

Conclusões

•Quasares, rádio-galáxias, galáxias ativas em geral: fase na vida de uma galáxia, em que um BN central está“engolindo”matéria;

•Atividade mais intensa maior taxa de acreção de matéria

•BNs supermassivos presentes em toda as galáxias, crescedo junto com elas; na maior parte do tempo estão quietos, pois estão sem “combustível”;

•Combustível pode ser: matéra que flui para dentro de alguma forma, por exemplo interações entre galáxias; uma estrela que passa perto do BN; gás que “escorre”para o centro ao longo de braços espirais, dando origem a um disco de acreção;

• Implicações da existência de BNs para nós:

(1) podem ser danosos se formarem-se muito perto, pela explosão de uma supernova, por exemplo;

(2) mas poderiam ser úteis se conseguíssemos “domesticá-los”: fornecem energia de forma muito eficiente, a partir de qualquer coisa quejogarmos ládentro;

•Implicações para o Universo:

No futuro as estrelas vão evoluir e esgotar sua fonte de energia, o Universo vai se tornar um lugar frio e escuro, onde as últimas estruturas que vão sobreviver serão os BNs supermassivos....

Questões

1)O que são galáxias ativas dentro do paradigma atual? Qual a diferença entre uma galáxia ativa e uma não ativa? O que são Quasares, galáxias Seyfert e rádio-galáxias?

2)Qual éa origem da energia emitida pelo núcleo de uma galáxia ativa?

3)Qual a diferença entre buracos negros supermassivos e os estelares? Onde eles se encontram? Qual ésua origem?

4)Como podemos determinar a massa de um buraco negro super massivo?

5)Qual éo buraco negro supermassivo cuja massa estámelhor determinada no Universo? Por que?

6)Quais são as massas típicas de buracos negros supermassivos?

7)O que éo horizonte de eventos? Qual seria o raio do horizonte de eventos de um buraco negro de massa igual àdo Sol? E com massa de um milhão de vezes a massa do Sol?

Equipe:Rodrigo Nemmen, Carlos Brandt, Patricia Spinelli, RogemarRiffel, FaustoK. B. Barbosa, Ramiro D. S. Lopes, H. Fraquelli, D. Raimann

Para saber mais: w.if.ufrgs.br/astronews w w w.if. ufrgs. br/~thaisa/bn

March, 1-5, 2004, Hotel Serrano, Gramado, Brasil

International Conference: w w w.if. ufrgs. br/bhsign/ Figure Credits: Weiss(CXC), Figer, ODell & Wong (HST)

Um Simpósio

Internacional dedicado ao estudode Buracos Negros Super massivos:

Futuro: Novo TelescópioEspacial(2012): James Webb Space Telescope

Espelhode 6m e blindagemdo Sol; órbitano pontode Lagrange L2

Giant (30m) Segmented Mirror Telescope (NOAO & Gemini)

Comentários