Astronomie

Quelle quantité de lumière provient des quasars dans un AGN ?

Quelle quantité de lumière provient des quasars dans un AGN ?



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D'après ce que j'ai pu recueillir, la tache très brillante au centre des galaxies est produite à la fois par le quasar central et par un amas dense de millions d'étoiles qui l'entourent. Quelle part de la lumière centrale est produite par le quasar et quelle part provient de l'amas d'étoiles ?


Seuls quelques pour cent des galaxies de l'univers local ont des noyaux galactiques actifs (par exemple, Mishra & Dai 2020). La fraction avec optiquement visible L'AGN (par exemple, les noyaux de Seyfert) est inférieur à cela, car dans certaines galaxies, seuls les rayons X ou l'émission radio traversent la poussière dans la région nucléaire de la galaxie. Même lorsque l'AGN est directement visible en lumière optique, il est généralement beaucoup plus faible que le reste de la galaxie. Les vrais quasars sont assez rares.

Ainsi, dans la plupart des cas, le "point très brillant au centre" est produit par une accumulation dense d'étoiles, soit dans un renflement quelconque, soit dans un amas d'étoiles nucléaires compact. C'est le cas de M101 (e.g., Kormendy et al. 2010), la galaxie dont vous avez présenté l'image dans votre question.


Les noyaux galactiques actifs (AGN) sont des noyaux galactiques très lumineux. Dans Quasars, un type d'AGN, le noyau surpasse la galaxie hôte. Par conséquent, la principale source de rayonnement est le noyau, pas les étoiles et l'hôte.


Pour comprendre d'abord de quoi nous allons parler, passons en revue les éléments de base d'une galaxie :

Pour les galaxies spirales et lenticulaires, la partie la plus externe de la galaxie est le disque. C'est simplement là où se trouvent la plupart des étoiles de la galaxie.

Les galaxies elliptiques n'ont pas cette fonctionnalité.

À mesure que nous nous rapprochons du centre de masse, la galaxie se gonfle et n'a plus la forme d'un disque plat pour les galaxies spirales. Les vélos elliptiques ont naturellement cette forme. Le renflement est fait d'étoiles, comme le disque, mais elles sont plus concentrées.

Ici’s où le plaisir commence

Au centre du bulbe ou de la galaxie elliptique se trouve le noyau galactique, qui abrite un trou noir supermassif. Toutes les galaxies en ont, la voie lactée est le Sagittaire A*.

Simulation du Sagittaire A*. ESO/EHT


Quelle quantité de lumière provient des quasars dans un AGN ? - Astronomie

Les intensités des raies d'émission et les rapports des raies d'émission fournissent des informations sur les conditions physiques dans la conduite d'émission de gaz. La densité électronique et la température, le degré d'ionisation et d'excitation et la composition chimique peuvent tous être déduits de l'analyse du rapport de ligne. Il existe une vingtaine de lignes larges et un nombre similaire de lignes étroites qui peuvent être mesurées dans un seul AGN, et la quantité d'informations véhiculées par les nombreux rapports de lignes est très importante. La figure 2, qui est un spectre composite d'un grand nombre de quasars, montre bon nombre de ces raies et le tableau 1 contient une liste d'intensités de raies représentative des principaux groupes AGN abordés au chapitre 1.

Une caractéristique de tous les objets à raies larges est la présence, dans leur spectre, à la fois de raies d'excitation haute et basse. Les exemples sont OVI1035 et MgII2798, tous deux très puissants dans de nombreux quasars. Les lignes de faible excitation indiquent des régions de faible ionisation et suggèrent qu'au moins une partie du gaz est neutre et optiquement épaisse par rapport au rayonnement du continuum de Lyman. Cela peut être soumis à un simple test d'observation, comme discuté ci-dessous. Les lignes d'excitation élevée indiquent un matériau hautement ionisé. Une question fondamentale, qui doit être abordée, est de savoir si les raies d'excitation haute et basse proviennent de la même partie de la région des raies d'émission.

Une propriété intéressante des AGN est la grande similitude des rapports de lignes dans des objets de luminosités très différentes. Ainsi, le spectre composite montré dans le tableau 1 est bien représentatif du spectre de nombreux objets individuels. Cela doit indiquer que les conditions physiques dans la ligne émettant du gaz sont similaires dans les objets brillants et faibles. En conséquence, une grande partie de l'analyse suivante vise à la compréhension de ce spectre canonique, plutôt que les observations d'un objet particulier. Tout cela, et plus encore, fait l'objet des chapitres 4-6.


Qu'ont-ils trouvé ?

Leurs résultats sont intrigants et surprenants dans cette étude. Certains des résultats semblent concorder avec d'autres études, tandis que d'autres vont à contre-courant.

  • L'équipe n'a pas d'images pour toutes les galaxies hôtes de son étude, mais celles pour lesquelles elle a des images sont toutes des galaxies elliptiques, ou au moins des morphologies à dominance renflée. Cela contraste avec d'autres études sur les quasars à faible luminosité, et aussi avec l'attente qu'au moins certaines des 28 galaxies hôtes seraient des spirales.
  • Les galaxies hôtes couvrent une gamme de masses assez large, avec une concentration de masses relativement élevées. Ces masses plus élevées et les luminosités élevées coïncident avec la transformation des galaxies actives en formation d'étoiles en galaxies sphéroïdes plus calmes.
  • Il existe une grande diversité d'émissions radio dans les 28 AGN choisis, ce qui signifie qu'il n'y a pas de « caractéristiques définissantes claires et robustes pour notre type de sources », comme ils le disent dans leur conclusion.
  • La gamme de luminosité des rayons X et les masses des trous noirs ne peuvent pas expliquer la vaste gamme de luminosité des ondes radio.
  • Les sources les plus lumineuses et obscurcies de l'échantillon ne sont pas alimentées par des trous noirs de faible masse avec des taux d'accrétion élevés, ou par des trous noirs de grande masse avec des taux d'accrétion plus faibles.

Dans la conclusion de leur article, les auteurs résument leurs découvertes, et il semble que pour l'instant, au moins, il n'y ait pas d'explication claire pour ces quasars les plus lumineux qui brillent de la lumière d'un billion d'étoiles.

“Nous constatons que, en tant que groupe, notre échantillon de certains des AGN obscurcis les plus lumineux de BASS/DR1 ne présente aucune propriété distinctive en ce qui concerne leurs masses de trous noirs, leurs rapports d'Eddington et/ou les masses stellaires de leurs galaxies hôtes. .”

Ils soulignent également que les galaxies hôtes sont pour la plupart toutes elliptiques, une découverte surprenante. Si cette découverte peut être corroborée par d'autres chercheurs, cela pourrait apporter des preuves indirectes à l'appui de l'idée populaire selon laquelle les époques de croissance intense de SMBH sont liées à la transformation des galaxies de disques (formant des étoiles) en disques (éteints). ) elliptiques (c'est-à-dire par le biais de fusions majeures).”

Il y a 21 chercheurs à l'origine de cette étude, dans des institutions telles que le Harvard and Smithsonian Center for Astrophysics, l'Université de Tel-Aviv, l'Université de Kyoto, le JPL, l'Observatoire naval, l'ESO et bien d'autres. Les données de leur étude proviennent de l'enquête Swift/BAT tout ciel de 70 mois et d'observations utilisant les observatoires Keck, VLT et Palomar. L'étude est intitulée “BAT AGN Spectroscopic Survey - XIII. La nature de l'AGN obscurci le plus lumineux de l'univers à faible décalage vers le rouge. Il est publié dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.


Galaxies hôtes de quasar révélées par HST

La recherche des galaxies dans lesquelles sont incrustés les quasars - les galaxies hôtes - a longtemps été considérée comme importante, premièrement, pour établir si les quasars sont en fait aussi distants et lumineux que nous le pensons, et deuxièmement, pour des indices sur ce qui peut produire un tel phénomène énergétique. Par définition, les télescopes terrestres typiques ne voient pas les galaxies environnantes par rapport à la lumière intense du quasar - s'ils le faisaient, nous l'appellerions un noyau Seyfert au lieu d'un quasar. Des progrès impressionnants avaient été réalisés à partir des meilleurs sites au sol avant l'avènement (et la rénovation) du HST, montrant que de nombreux quasars à faible décalage vers le rouge (ceux où l'on pourrait s'attendre à voir une galaxie environnante furtivement autour des bords de la lumière nucléaire floue ) ont en fait des lueurs floues de la taille et de la luminosité d'une galaxie décente, et dans certains cas, il était même possible de mesurer le décalage vers le rouge de la galaxie environnante à partir des caractéristiques spectrales produites par leurs étoiles constituantes. Il a ainsi été établi que de nombreux quasars vivent dans des galaxies reconnaissables.

Dans la plupart des cas, cependant, la détection et l'étude détaillée des galaxies hôtes des quasars attendaient les images nettes du HST, qui pourraient séparer le noyau brillant de la faible lueur de sa galaxie hôte beaucoup plus précisément que tout autre instrument. Ces images ont révélé une grande variété de taille, de luminosité et de forme des galaxies. À un moment donné, il y avait un schéma populaire, basé sur des observations de radiogalaxies proches et de galaxies de Seyfert, suggérant que les quasars radio-forts vivraient dans des galaxies elliptiques et que des galaxies radio-silencieuses seraient trouvées dans des spirales. Seule une partie de cela fonctionne vraiment - les objets radio-forts ne semblent pas être trouvés dans les galaxies spirales. Cependant, des objets radio-forts et radio-silencieux peuvent être trouvés dans des galaxies elliptiques ou des systèmes de fusion, donc la distinction n'est pas aussi claire que nous l'aurions souhaité. Un schéma important a émergé - une tendance frappante des galaxies hôtes de quasars à avoir des galaxies compagnes extraordinairement compactes et proches, ce qui peut correspondre aux rapports d'une tendance de Seyfert et des radiogalaxies à montrer plus de signes d'interaction que ce que l'on pourrait attendre du hasard.

L'arrangement des objets ici est destiné à montrer des types parallèles de galaxies pour les QSO radio-forts et radio-silencieux où ils ont même trouvé - y compris des elliptiques, des elliptiques avec des compagnons compacts et proches, et des systèmes de fusion. Les deux dernières, les galaxies spirales autour des noyaux radio-silencieux, ne sont pas (encore) connues pour avoir des homologues pour les quasars radio-forts, de sorte que cette grande partie de l'analogie avec les Seyferts et les radiogalaxies semble être vraie. Les objets montrés ici sont à des redshifts de z=0,155 (PG 0052+251) à z=0,371 pour 3C 351.

La plupart de ces données proviennent des observations HST de John Bahcall, Sofia Kirhakos et Donald Schneider, publiées dans Astrophysical Journal 479, 642 (1997). Ils ont soustrait un modèle pour la propre lumière du quasar dans chaque cas, basé sur des observations d'étoiles avec les mêmes filtres, de sorte que les détails environnants beaucoup plus faibles soient plus évidents. En utilisant une approche contrastée centrée sur la résolution plus élevée du PC CCD, Peter Boyce et Mike Disney ont fourni leur image de 3C 351 telle que publiée par Disney et al. (Nature 376, 150, 1995). Tous sont représentés à la même échelle angulaire, ce qui pour la plupart des quasars correspond à une échelle linéaire similaire puisqu'ils sont concentrés aux redshifts z=0,15 à 0,20.


Quasars Quash Star Formation dans les noyaux galactiques actifs

Une étude ambitieuse des galaxies actives et inactives a donné de nouvelles informations sur l'interaction complexe entre les trous noirs super-massifs au cœur des noyaux galactiques actifs (AGN) et la formation d'étoiles dans la galaxie environnante. Les résultats seront présentés dans une conférence par Paul Westoby le 4 avril à la réunion nationale d'astronomie RAS à Belfast.

Avec des collègues, Carole Mundell et Ivan Baldry de l'Institut de recherche en astrophysique de l'Université John Moores de Liverpool, Westoby a étudié les propriétés de la lumière de 360 ​​000 galaxies dans l'Univers local pour comprendre la relation entre l'accrétion des trous noirs, la naissance des étoiles dans les centres des galaxies et l'évolution des galaxies dans leur ensemble.

L'étude révèle que le gaz éjecté pendant la phase de quasar de l'AGN étouffe la formation d'étoiles, laissant les galaxies hôtes évoluer passivement. L'étude révèle également un lien étroit entre les fusions de galaxies et la formation de trous noirs supermassifs dans AGN, mais montre que si l'environnement devient trop encombré de galaxies, la probabilité de déclencher un trou noir supermassif est supprimée.

Les scientifiques pensent que tous les AGN passent par une phase de quasar, où le rayonnement émis par le disque d'accrétion croissant autour du trou noir central devient si brillant qu'il éclipse toute sa galaxie hôte. Aujourd'hui, on pense que la plupart des galaxies massives contiennent en leur cœur un trou noir supermassif dormant, héritage de cette phase antérieure de puissante activité de quasar, mais pour des raisons inconnues, certains de ces trous noirs locaux ont été rallumés.

L'équipe de Liverpool s'est concentrée sur ces AGN locaux, qui peuvent être étudiés plus en détail que leurs cousins ​​quasars plus éloignés, et, en comparant les propriétés d'un grand nombre de galaxies, l'équipe a abordé une question clé : les galaxies qui hébergent des AGN représentent-elles un phase d'adolescence ou de transition de l'évolution galactique ?

"La lumière des étoiles de la galaxie hôte peut nous en dire beaucoup sur l'évolution de la galaxie", a déclaré Westoby. &ldquoLes galaxies peuvent être regroupées en deux familles de couleurs simples : la séquence bleue, qui est jeune, foyers de formation d'étoiles et la séquence rouge, qui sont massives, froides et évoluant passivement.&rdquo Westoby a poursuivi &ldquoLes scientifiques ont pensé pendant un certain temps que les galaxies hôtes d'AGN pourrait être un tremplin entre les deux familles et donc représenter un point critique dans la vie d'une galaxie, mais notre étude a pu exclure cela.

Au lieu de cela, les AGN identifiés par l'équipe se trouvaient dans des galaxies qui présentaient un chevauchement clair avec les galaxies à séquence rouge. Cela suggère que les jours de formation d'étoiles pour les galaxies hôtes AGN ont un point de coupure distinct et que les AGN locaux post-quasar ne génèrent plus de nouvelles étoiles. Cette conclusion est renforcée par les découvertes de l'équipe selon lesquelles la majorité des AGN locaux sont liés à des " renflements classiques ", des boules rondes d'étoiles formées lors de fusions violentes de galaxies riches en gaz au début de l'histoire de l'Univers, plutôt qu'à des " renflements ", des galaxies à disque uniquement qui n'ont pas connu de fusion majeure depuis leur création. Cela implique que la formation du trou noir super-massif qui anime l'AGN est liée à l'évolution du bulbe, plutôt qu'à la galaxie dans son ensemble.

Enfin, l'équipe a identifié une population intrigante de galaxies qui ont une population active de jeunes étoiles ainsi qu'un trou noir s'accrétant activement, appelées galaxies composites. Ceux-ci se font passer pour une population de transition et se situent dans la région prédite pour les galaxies subissant une rétroaction AGN et expliquent le processus par lequel la matière éjectée par l'AGN a un impact direct sur l'évolution de la galaxie environnante. Cependant, Westoby et ses collègues trouvent que la rétroaction est une explication improbable des propriétés observées de ces galaxies et suggèrent que la rétroaction peut n'être importante que pendant la phase de quasar et non dans l'AGN plus faible et proche.

Source de l'histoire :

Matériel fourni par Société royale d'astronomie. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.


Galaxies Seyfert

Les galaxies de Seyfert ressemblent généralement à des galaxies spirales normales lorsqu'elles sont vues en lumière visible, mais le noyau peut être extrêmement brillant, souvent plus brillant que l'ensemble de notre galaxie de la Voie lactée. Les jets rougeâtres d'hydrogène gazeux incandescent dans la galaxie Seyfert NGC 4258 montrés ci-dessus sont des indications de la source d'activité dans le noyau, le trou noir supermassif actif, dans lequel tombe une grande quantité de matière.

Les trous noirs supermassifs se trouvent au centre de toutes les galaxies, mais ils sont généralement silencieux. Même si leur force gravitationnelle est très forte, la plupart des étoiles tournent simplement autour du trou noir comme tout autre objet gravitationnel. Cependant, lorsque quelque chose s'est produit dans la galaxie pour perturber les orbites normalement stables des étoiles, certaines étoiles peuvent se déplacer dangereusement près du trou noir central. Quand ils le font, la force gravitationnelle du trou noir est tellement plus forte que la gravité qui maintient l'étoile ensemble que l'étoile est déchirée et se forme en un grand disque de matière brillant entourant le trou noir. Lorsque la matière tombe dans le trou noir, elle devient surchauffée et une partie de la matière est éjectée le long de l'axe de rotation le long des lignes de champ magnétique.

Un autre fait important concernant les galaxies de Seyfert est que leur luminosité peut fluctuer assez rapidement, même sur une année. Cela signifie que l'objet qui fluctue doit être plutôt petit, comparé à la taille de la galaxie, aussi petit qu'une année-lumière de diamètre. C'est une preuve supplémentaire que l'objet entraînant la luminosité doit être très compact, comme un trou noir supermassif.


Hubble repère des quasars doubles dans des galaxies en fusion

Les astronomes ont déclaré le 6 avril 2021 qu'ils avaient repéré deux rares doubles quasars. On pense que chaque paire réside au milieu de deux galaxies en fusion dans l'univers très lointain. Les astronomes estiment que seul un quasars sur 1 000 est double, donc trouver deux quasars doubles pourrait être considéré comme une chance. Les astronomes vous diraient, cependant, qu'ils n'ont pas utilisé la chance. Ils ont utilisé une série de télescopes qui les ont conduits d'une étape à l'autre, dans un démêlage méthodique du mystère dont les quasars brillants, apparemment simples, pourraient en réalité être doubles. Comme le chercheur principal Yue Shen de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign l'a dit :

Trouver ces doubles quasars, c'est comme trouver une aiguille dans une botte de foin.

Une collaboration entre des scientifiques et certains des meilleurs télescopes au monde a conduit à de nouvelles images des doubles quasars. L'étude a été publiée le 1er avril 2021 dans la revue à comité de lecture Astronomie de la nature.

Pour trouver les paires de quasars, les astronomes se sont penchés sur les cartes 3D du Sloan Digital Sky Survey pour trouver des candidats doubles quasars. Ensuite, ils ont utilisé les données de l'observatoire Gaia pour déterminer les emplacements. Gaia est capable de détecter de légères secousses dans le mouvement des quasars distants. Étant donné que la luminosité des quasars varie en fonction de la quantité de matière consommée par le trou noir à ce moment-là, ils produisent un léger scintillement. Les scientifiques ont comparé la luminosité alternée entre la paire de quasars, comme on le voit dans la vidéo ci-dessus, à celle des doubles feux clignotants à un passage à niveau. Enfin, l'équipe de scientifiques a utilisé le télescope spatial Hubble pour imager quatre candidats, dont deux se sont avérés être des paires proches de quasars.

La simulation vidéo ci-dessus montre la lumière brillante et vacillante d'une paire de quasars. Les astronomes en ont déduit que la lumière clignotante est un signe révélateur de la présence de deux quasars et non d'un seul objet.

Chacune des deux paires de quasars nouvellement découvertes – ou quatre quasars au total – ont été découvertes à moins de 10 000 années-lumière de leur partenaire. C'est très proche sur une échelle de distance cosmique en comparaison, notre soleil est à environ 26 000 années-lumière du trou noir supermassif au centre de notre galaxie de la Voie lactée.

Un quasar est un objet dans l'univers lointain qui produit des quantités prodigieuses d'énergie. Les quasars ont une brillance si étonnante qu'ils peuvent être vus à travers de vastes étendues de l'univers. Ainsi, nous les voyons à une époque où l'univers était jeune, et ils peuvent donc aider à révéler les conditions dans le cosmos primitif. On pense que les quasars se trouvent au cœur des jeunes galaxies de l'univers primitif. On pense qu'une énergie de quasar est créée lorsqu'un trou noir supermassif se nourrit furieusement de matière en chute libre. La lumière de ces deux paires de quasars nous vient d'une époque où l'univers avait environ 10 milliards d'années. Si nous pouvions les voir aujourd'hui, comme ils le sont actuellement, nous pourrions constater que chaque paire de quasars a fusionné pour former un nouveau trou noir géant.

Plus de 100 quasars doubles sont déjà connus, mais aucun ne réside aussi loin dans l'espace et aussi loin dans le temps que ces nouvelles paires. Les scientifiques espèrent que les découvertes donneront un nouveau moyen de sonder les collisions entre les galaxies et la fusion des trous noirs supermassifs dans l'univers primitif. La membre de l'équipe Nadia Zakamska de l'Université Johns Hopkins a déclaré :

C'est vraiment le premier échantillon de quasars doubles à l'époque de pointe de la formation des galaxies avec lequel nous pouvons utiliser pour sonder des idées sur la façon dont les trous noirs supermassifs se réunissent pour finalement former un binaire.

Alors que ces galaxies lointaines commencent à fusionner et que le gaz provenant des distorsions gravitationnelles envoie de la matière vers l'intérieur, les quasars se déclenchent. Le rayonnement provenant du quasar finira par alimenter les vents qui balayent la région intérieure de la galaxie sans gaz ni poussière. Cela crée une pénurie de matériau de formation d'étoiles, et à mesure que la formation d'étoiles cesse, les galaxies s'installent dans leurs formes elliptiques.

Zamaska ​​a expliqué l'importance de cette découverte :

Les quasars ont un impact profond sur la formation des galaxies dans l'univers. Trouver des quasars doubles à cette époque précoce est important car nous pouvons maintenant tester nos idées de longue date sur la façon dont les trous noirs et leurs galaxies hôtes évoluent ensemble.

Voir plus grand. | À gauche se trouve la paire de quasars J0749+2255, qui a été imagée par le télescope spatial Hubble le 5 janvier 2020. À droite se trouve la paire de quasars J0841+4825, qui a été imagée par Hubble le 30 novembre 2019. Les galaxies dans lesquelles ils résident sont trop faibles pour être vus avec n'importe quel télescope actuel. Image via la NASA/ESA. Le concept de cet artiste montre 2 quasars incroyablement brillants et la fusion des galaxies dans lesquelles ils résident. Les deux quasars ont des trous noirs supermassifs en leur cœur. Une nouvelle étude suggère qu'à mesure que les 2 galaxies fusionnent et que les quasars se rapprochent, les 2 trous noirs fusionneront pour former un trou noir encore plus massif. Image via NASA/ ESA/ J. Olmsted/ STSci.

Un jour, un double quasar et une fusion galactique comme celle que les scientifiques ont vue loin à travers l'univers se produira beaucoup plus près de chez nous. Notre galaxie de la Voie lactée et la galaxie voisine d'Andromède sont sur une trajectoire de collision. Dans plusieurs milliards d'années, alors que nos deux galaxies commenceront à interagir et à attirer de la matière l'une de l'autre, les trous noirs supermassifs actuellement silencieux au centre des galaxies s'allumeront. Le matériau qui tombe éclairera les quasars, créant deux projecteurs brillants qui brilleront aussi fort ou plus fort qu'une pleine lune dans notre ciel nocturne. Le rayonnement des quasars stérilisera les planètes et anéantira toutes les civilisations à portée de main.

Conclusion : les scientifiques ont récemment publié des images Hubble des paires de quasars les plus éloignées et les plus anciennes connues dans des galaxies en fusion.


Galaxies actives et trous noirs

Les noyaux galactiques actifs sont alimentés par l'accrétion de matière sur les trous noirs supermassifs, massant des millions à des milliards de soleils, qui se cachent au cœur des grandes galaxies. Bien que les explosions majeures (quasars et radiogalaxies) soient des épisodes relativement brefs de la vie d'une galaxie, une activité de bas niveau persiste au cœur de nombreuses galaxies, dont la nôtre.

À l'exception des naines, toutes les galaxies ont le potentiel d'être actives et ont presque certainement traversé une période d'activité intense au moment de la formation du renflement central et du trou noir associé. Mais seulement environ 10% des galaxies locales sont classées comme actives, bien que le pourcentage augmente à mesure que nous envisageons des décalages vers le rouge plus élevés.

L'activité est un concept quelque peu glissant mais se définit plus facilement comme une émission résultant de l'accrétion de matière sur le trou noir au centre d'une galaxie. D'un point de vue observationnel, cette activité peut se manifester sous la forme d'un comportement de type Seyfert, c'est-à-dire un rayonnement retraité du disque d'accrétion comprenant des lignes d'émission fortes, larges et à haute ionisation et une forte émission de continuum bleu/UV, ou sous forme d'émission radio alimentée par jet de particules relativistes qui peuvent se produire avec ou sans comportement de type Seyfert associé. La gamme de luminosités optiques peut être énorme allant des LINERS (pauvres cousins ​​des Seyferts) aux quasars qui sont les objets les plus lumineux de l'Univers. Il en est de même pour l'émission radio les sources radio les plus lumineuses s'accompagnent généralement d'une forte activité optique mais l'inverse n'est pas vrai. Il semble qu'il y ait vraiment deux types d'AGN, l'AGN "radio fort" produisant des jets environ 1000 fois plus puissants que les "radio silencieux", par rapport au rayonnement thermique du disque d'accrétion.

La plupart des recherches au JBCA se concentrent sur les objets radio bruyants, mais même parmi ceux-ci, il existe une vaste gamme de luminosités.

Certaines des questions clés sont :

  1. Qu'est-ce qui déclenche l'activité d'une galaxie ? Ceci est presque certainement lié à la disponibilité de gaz à accumuler par le trou noir, peut-être libéré par une interaction avec une autre galaxie, mais les détails du processus restent un mystère.
  2. Pourquoi certains objets radio sont-ils bruyants et d'autres, apparemment identiques à d'autres égards, sont-ils silencieux ?
  3. Comment sont produits les jets radio et qu'est-ce qui régule l'énergie maximale des électrons du synchrotron qui sont accélérés ? Les objets radio forts émettent sur l'ensemble du spectre EM jusqu'aux longueurs d'onde des rayons gamma et l'étude de leurs distributions spectrales d'énergie est un sujet important.
  4. Comment les radiojets interagissent-ils avec leurs galaxies hôtes ? Au niveau mondial, on pense que les jets dans les premiers stades dramatiques de la formation des galaxies peuvent réguler la croissance des galaxies par rétroaction. Dans les galaxies proches, un tel processus physique peut être étudié en détail mais à une échelle beaucoup moins grande.

Des temps passionnants sont à venir pour la science AGN : de nouvelles installations radio comme e-MERLIN, EVLA, SCUBA2 et ALMA sont sur le point d'être mises en service et il y a un flot de données multi-longueurs d'onde provenant de relevés optiques/IR/rayons gamma comme SDSS, UKIDDS , Herschel GLAST.

Activités de recherche

DRAGN puissants (Radio fort AGN)

Un sous-ensemble d'AGN canalise une grande partie de leur énergie d'accrétion dans une paire de jets relativistes dirigés de manière opposée. Les jets, à leur tour, gonflent d'énormes bulles remplies de champs magnétiques et de particules relativistes dans le gaz intergalactique. Jets et bulles rayonnent fortement par émission synchrotron, et ces doubles radiosources associées aux AGN (DRAGN) constituent la grande majorité des radiosources répertoriées. Leurs AGN se trouvent dans de grandes galaxies elliptiques (« radiogalaxies ») et peuvent être directement visibles sous forme de quasars.

Le particulier DRAGN 3C 305 photographié avec MERLIN. Les jets jumeaux sont perturbés par leur collision avec le milieu interstellaire dense de la galaxie hôte

Jodrell Bank a été impliqué dans l'étude de ces sources radio depuis leur découverte à la fin des années 40 : Jennison et DasGupta ont été les premiers à révéler la double structure caractéristique, et les positions précises de Jodrell Bank ont ​​conduit à la découverte de quasars. Les structures AGN sont hautement anisotropes et semblent radicalement différentes lorsqu'elles sont observées dans différentes directions, et une étape clé vers cette image a été faite par le « Schéma unifié » proposé par Ian Browne et Mark Orr en 1982.

Aujourd'hui, les principaux domaines d'étude comprennent:

  • Cartographie haute résolution des jets radio avec eMERLIN, visant à comprendre leur étonnante stabilité dans le maintien d'une structure cohérente sur neuf puissances de dix à l'échelle linéaire, du voisinage de la taille du système solaire du trou noir central aux lobes radio mégaparsec.
  • Modélisation de l'impact environnemental des DRAGN sur le gaz intergalactique environnant, qui peut contrôler le processus de rétroaction qui régule le chauffage et le refroidissement du gaz chaud remplissant les puits de potentiel des amas et des groupes de galaxies.
  • Utilisation de l'émission radio polarisée des DRAGN pour sonder les champs magnétiques intra-amas et intergalactiques via la rotation de Faraday.
Galaxies Seyfert (Radio silencieux AGN)

Dans la majorité des AGN, les flux sortants des jets sont relativement faibles par rapport à l'émission électromagnétique directe de l'AGN lui-même, censée provenir en fin de compte du disque d'accrétion autour du trou noir central. Ces AGN radio-silencieux se trouvent généralement dans les galaxies spirales, les exemples les plus actifs étant connus sous le nom de galaxies de Seyfert. Étant donné que ces objets sont beaucoup plus courants que les AGN radio-forts, il existe de nombreux exemples à proximité, ce qui nous permet de les étudier avec une haute résolution, y compris la résolution de la "région à ligne étroite" avec le télescope spatial Hubble. Les jets des galaxies Seyfert interagissent directement avec le gaz interstellaire dans le disque spiral et sont au moins partiellement responsables de l'agitation du mouvement non orbital mesuré dans la région des raies étroites. MERLIN et e-MERLIN fournissent des images radio avec une résolution similaire ou supérieure au HST, nous permettant d'étudier les jets ainsi que la dynamique de l'ISM via son émission en ligne radio.

Centre Galactique et Voie Lactée Trou noir supermassif Sagittaire A* (Sgr A*)

Sagittarius A* est le trou noir de 3 millions de masse solaire au centre de notre propre galaxie de la Voie lactée. Bien qu'actuellement inactif, il s'agit toujours d'une source radio lumineuse en raison de sa proximité relative avec la Terre. L'interférométrie à très longue base est sur le point d'atteindre la résolution nécessaire pour imager son horizon des événements.

Microquasars/binaires à rayons X

La phénoménologie de l'accrétion sur un trou noir qui entraîne AGN est dupliquée en miniature dans des binaires à rayons X de trous noirs, dans lesquels un trou noir de quelques masses solaires accrète la matière d'une étoile compagne sur une orbite proche. Certains d'entre eux sont si similaires à AGN qu'ils sont surnommés &lsquomicroquasars&rsquo, affichant des jets relativistes sortants : des exemples célèbres incluent SS 443, Cyg X-1, Cir X-1 [etc&hellip]. En raison de l'échelle de masse beaucoup plus petite, les microquasars traversent leurs explosions sur des échelles de temps de quelques jours à plusieurs mois, par rapport à des milliers d'années pour AGN, et nous pouvons donc suivre toute l'histoire avec e-MERLIN et VLBI.


Qu'est-ce qu'un quasar ?

J'aime quand les scientifiques découvrent quelque chose d'inhabituel dans la nature. Ils n'ont aucune idée de ce que c'est, puis au fil des décennies de recherche, des preuves s'accumulent et les scientifiques apprennent à comprendre ce qui se passe.

Mon exemple préféré ? Quasars.

Les astronomes ont d'abord su qu'ils avaient un mystère entre les mains dans les années 1960 lorsqu'ils ont tourné les premiers radiotélescopes vers le ciel.

Ils ont détecté les ondes radio provenant du Soleil, de la Voie lactée et de quelques étoiles, mais ils ont également découvert des objets étranges qu'ils ne pouvaient pas expliquer. Ces objets étaient petits et incroyablement brillants.

Ils les ont nommés objets quasi-stellaires ou "quasars" et ont ensuite commencé à discuter de ce qui pourrait les causer. Le premier s'est éloigné à plus d'un tiers de la vitesse de la lumière.

Une conception d'artiste de jets sortant d'un AGN. Peut-être voyions-nous la distorsion de la gravité d'un trou noir, ou pourrait-il s'agir de l'extrémité du trou blanc d'un trou de ver. Et si c'était si rapide, alors c'était vraiment, vraiment loin à 4 milliards d'années-lumière. Et il génère autant d'énergie qu'une galaxie entière avec cent milliards d'étoiles.

Voici où les astronomes sont devenus créatifs. Peut-être que les quasars n'étaient pas vraiment brillants, et c'était notre compréhension de la taille et de l'expansion de l'Univers qui était fausse. Ou peut-être voyions-nous les résultats d'une civilisation, qui avait exploité toutes les étoiles de sa galaxie en une sorte de source d'énergie.

Puis, dans les années 1980, les astronomes ont commencé à s'entendre sur la théorie des galaxies actives comme source des quasars. Que, en fait, plusieurs types d'objets différents : quasars, blazars et radiogalaxies étaient tous la même chose, juste vus sous des angles différents. Et qu'un mécanisme provoquait l'émission par les galaxies de jets de rayonnement de leur noyau.

Mais quel était ce mécanisme ?

Le concept de cet artiste illustre un quasar, ou trou noir alimentant, similaire à APM 08279+5255, où les astronomes ont découvert d'énormes quantités de vapeur d'eau. Le gaz et la poussière forment probablement un tore autour du trou noir central, avec des nuages ​​de gaz chargés au-dessus et en dessous. Crédit image : NASA/ESA Nous savons maintenant que toutes les galaxies ont en leur centre des trous noirs supermassifs représentant des milliards de fois la masse du Soleil. Lorsque le matériau se rapproche trop, il forme un disque d'accrétion autour du trou noir. Il chauffe jusqu'à des millions de degrés, dégageant une énorme quantité de rayonnement.

The magnetic environment around the black hole forms twin jets of material which flow out into space for millions of light-years. This is an AGN, an active galactic nucleus.

When the jets are perpendicular to our view, we see a radio galaxy. If they’re at an angle, we see a quasar. And when we’re staring right down the barrel of the jet, that’s a blazar. It’s the same object, seen from three different perspectives.

Supermassive black holes aren’t always feeding. If a black hole runs out of food, the jets run out of power and shut down. Right up until something else gets too close, and the whole system starts up again.

The Milky Way has a supermassive black hole at its center, and it’s all out of food. It doesn’t have an active galactic nucleus, and so, we don’t appear as a quasar to some distant galaxy.

We may have in the past, and may again in the future. In 10 billion years or so, when the Milky way collides with Andromeda, our supermassive black hole may roar to life as a quasar, consuming all this new material.

We’ve also recorded an entire episode of Astronomy Cast all about Quasars Listen here, Episode 98: Quasars.


Voir la vidéo: Les sources de lumière physique-chimie (Septembre 2022).