Aktıv galaxismagok, szupermasszıv fekete lyukak

Dobos LaszloKomplex Rendszerek Fizikaja Tanszek

dobos@complex.elte.huE 5.60

2015. marcius 17.

Aktıv magvu galaxisok egyesıtett modellje2

Ugy gondoljuk, hogy minden galaxis kozeppontjaban van egyszupermasszıv fekete lyuk1, ami folyamatosan, vagy idoszakonkentanyagot nyel el.

Az SMBH gravitacioja a kornyezo anyagbol akkrecios korongotalakıt ki

I a fekete lyuk fokozatosan anyagot nyel el

I az elnyelt anyag gravitacios energiajanak nagy reszeszetsugarzodik

Kozmikus reszcskegyorsıto

I a lyuk koruli oriasi magneses ter elektronokat gyorsıt

I ezek a polusok iranyaba kisugaroznak: jetek

I a magneses erovonalak korul spiralozo elektronok sugaroznak

1supermassive black hole (SMBH)2Active Galactic Nuclei (AGN)

AGN spektrumok

Forras: Bill Keel (2002)

relativisztikus jet

sűrű portórusz

széles vonalas régió

akkréciós korong

fekete lyuk

keskeny vonalas régió

Az egyes regiok sugarzasa

Szeles vonalak eredete:

I fekete lyukhoz nagyon kozel keringo gazfelhok

I oldalrol nezve a portorusz eltakarja

Keskeny vonalak eredete:

I a magtol tavolabb keringo gazfelhok

I a portorusz nem eleg vastag, hogy kitakarja

UV sugarzas

I kozvetlenul az akkrecios korongbol

I maghoz nagyon kozel

IR sugarzas

I a port az elsodleges sugarzas gerjeszti

I infraban sugarozza vissza

Gyorsan valtozo, lapos spektrumu sugarzas

I relativisztikus jetbol

Az AGN-ek tıpusai

Az AGN tıpusa a ralatas iranyatol es a mag aktivitasatol fugg:

I Seyfert I: gyenge AGN, kozvetlen ralatas a magra

I Seyfert II: gyenge AGN, a por mogul csak a keskeny vonalasregiok latszanak ki

I Kvazar: eros AGN, kozvetlen ralatas a magra

I Ultrafenyes infravoros galaxis: eros AGN, a por eltakarja

I Blazar: kozvetlenul a jetbe nezunk

A radiosugarzas lete/nem lete:

I eros AGN eseten a mag kozeleben mindig van

I a konkret radio morfologia valoszınuleg acsillagkozi/galaxiskozi gaz eloszlasatol fugg

Kozponti fekete lyuk a Tejutban

Sagittarius (nyilas)csillagkepbenjele: Sgr A*

Kep: Chandra rontgen

Szupermasszıv fekete lyukak

Szupermasszıv fekete lyukak tomege:

M• = 105–1010 M

M•Tejut = 4,1 × 106 M

Szupermasszıv fekete lyuk

I a galaxis tomegenek csak kis resze

I nagyon kis terfogatba van koncentralva

I mivel esemenyhorizont sugara a tomeggel aranyosan no (esnem inverz kobosen) az SMBH-k

”surusege” (vagyis az

esemenyhorizonton beluli tomeg) kb. mint a vıze

SMBH-k kialakulasa

Egyedul a csillagmeretu fekete lyukak kialakulasara van jo elmelet

I szupernova robbanas utan a csillag maradeka osszeomlik

Talan leteznek atmeneti fekete lyukak (1000M korul)

I ultra-fenyes rontgenforrasok

Az SMBH-k letre johettek hierarchikus osszeolvadassal?

I galaxisok osszeolvadasa soran (vannak dupla magvuak)

I viszont nagyon koran letre jottek

I legtavolabbi ismert kvazarok z > 6

I az Univerzum ekkor meg 1 milliard evnel fiatalabb volt

I lehet, hogy a kezdetektol fogva leteztek?(primordialis fekete lyukak)

Az Univerzum szerkezetenek kialakulasat leıro modellnekvalahogyan szamot kell adnia az SMBH-k leterol, mereteloszlasarol.

Akkrecio, az akkrecios korong

Az aktıv mag koruli anyagnak van impulzusmomentuma

I nem hullhat kozvetlenul a magba

I valahogy el kell veszıtenie az impulzusmomentumot

I plazmakorong alakul ki, ebben MHD effektusok

I az anyag surlodik, felforrosodik, lassan befele spiralozik

I ekozben kisugarozza a gravitacios energiajat

I a korong homerseklete Tdisk = 104–105 K

Elnyelt anyag mennyisege es a felszabadulo energia

I egy Seyfert-galaxis luminozitasahoz eleg M ≈ 2–3M yr−1

I Ldisk = ηMc2

I SMBH eseten a folyamat hatasfoka kb. η ≈ 0,42

Az akkrecios korong szerkezete a maghoz kozel

Sugarzas hatasara a belso regiok”felpuffadnak”

I nagyon forro: UV, de akar rontgen sugarzas is

I a vekony korong a belso regio sugarzasat visszaveri

I polarizalt sugarzas, aszimmetrikus vonalak

Forgo fekete lyukakEgy fekete lyuknak lehet impulzusmomentuma

I ezt a Schwarzschild helyett a Kerr-metrika ırja le

I a fekete lyuk”magaval ragadja” a korulotte levo teret, es

megcsavarja

I a forgasi sebessegnek van elmeleti maximuma

Szupermasszıv fekete lyukak

I az impulzusmomentumuk nagyon kozel van az elmeletimaximumhoz

I ezzel is el kell szamolnia a kialakulasukat leıro elmeletnek

Lense–Thirring-effektus

I a forgo fekete lyuk az inklinalt palyaju csillagok palyajatelforgatja

I nehany eves idoskalan merheto lenne

I merheto lenne a lyuk impulzusmomentuma

Jetek kialakulasaNem tudjuk, hogy a jet milyen anyagbol all:

I ion-elektron plazma

I esetleg elektron-pozitron plazma (parkeltesbol)

Ket elmelet is van, nem tudjuk, hogy melyik (ha egyaltalanvalamelyik) jo:

I a jetet a korong magneses tere hozza letre

I a jetet a fekete lyuk forgasa hozza letre

I vagy a ketto egyutt

A kollimaciot eros magneses terhozza letre

I a kollimacio nagyon eros esszimmetrikus

I a fekete lyuk kozeleben kellmegtortennie

A fekete lyuk forgasi energiajanak megcsapolasaA Blandford–Znajek-folyamat

I a fekete lyuk esemenyhorizontja nagyon jo vezeto

I R ≈ 30 Ω az egyenlıto es a polusok kozott

I a forgo vezeto eros magneses terben elemkent mukodik

I ez gyorsıtja a jet anyagat

I a nyugalmi tomeg majdnem 10%-a kinyerheto

I kozben a BH forgasa lassul

Aktıv galaxismagok idobeli varianciaja

Idoben valtozik

I rontgen es UV kontinuum luminozitasa

I a szeles vonalak erossege

I a valtozas idoskalajat meghatarozza a sugarzo tartomanymerete

A kontinuum valtozasat idoben eltolva koveti a szeles vonalakvaltozasa

I a szeles vonalakat a belso regio gerjeszti

I ido kell, mıg a gerjesztes a magtol a szeles vonalas regioig eler

A kozponti fekete lyuk tomege: reverberation mapping3

A szeles vonalas regiok a maghoz nagyon kozel keringenek

I nehany hetes-honapos idoskalan valtoznak

I keringesi a sebesseguk merheto (vonalak szelessegebol)

I a tavolsaguk becsulheto

I korpalyat feltetelezve becsulheto a kozponti tomeg

Modosıtott valtozat: az aktıv mag abszolut luminozitasat is becsli

I a kontinuum felfenyleset koveto IR felfenylest keresik

I a por tavolsaga becsulheto

I a por egy adott sugaron belul elparolog

I a por tavolsagabol becsulheto az AGN abszolut fenyessege

I standard gyertya (Yoshii et al. 2014)

3reverberation = visszaverodes

A kozponti fekete lyuk tomege: mezerek

Mezer4:

I sugarzas felerosıtodese a lezerhez hasonloan

I a mikrohullamu tartomanyban

I monokromatikus

I altalaban molekulak gerjesztett elektronokkal

I beeso sugarzas hatasara indukalt emisszio

A mezerek jol merhetok

I radio tartomanyban nagy felbontas

I magtol valo tavolsag

I keringesi sebesseg (spektrumvonal kiszelesedese)

4maser

A kozponti fekete lyuk tomege

A maser es reverberation mapping technika csak keves esetbenmukodik

I kevesebb, mint 40 ismert rendszer

I mas eljarast kell keresni

Az M•–σ relacio

I osszefugges a fekete lyuk tomege es a galaxis magjanaksebessegdiszperzioja kozott

I reverberation mapping alapjan lehet kalibralni

M•108M

≈ 1.9( σ

200 km s−1

)5.1

I az osszefugges fizikaja nem ismert

I visszaterunk ra az Univerzum hierarchikus fejlodesenektargyalasakor

Forras: Kormendy & Ho (2013)

Aktıv galaxisok evolucioja

Kvazarok periodusa

I egyik nagyon fontos kerdes

I feltetelezzuk, hogy nem egyfolytaban aktıvak

I nem ismert, hogy milyen idokozonkent kapcsolnak ki-be

I csak galaxisok osszeolvadasakor?

Hogyan valtozik a fenyesseguk?

I regen sokkal fenyesebbek

I kozeli Univerzumban mar inkabb csak Seyfert-galaxisok

I kevesebb galaxisutkozes

I elfogyott az elnyelheto gaz

A kvazarok gyakorisaga

Kvazarok evolucioja

Luminozitas

I z ∼ 2 korul jovalfenyesebbek

I mara ket nagysagrendcsokkenes

Szamsuruseg

I z ∼ 2 korul csucs

I azota fogynak

A kvazarok ki-bekapcsolnak.

Az aktıv mag visszahatasa5

Hogyan hat kolcson a galaxis es a benne levo fekete lyuk?

I a galaxisevolucio egyik fo kerdese

I mibol jon az M•–σ relacio?

I a fekete lyuk dinamikai befolyasi sugara viszonylag kicsi

A fekete lyuk valamilyen modon meghatarozza a galaxist alkotocsillagok letrejottet

I aktıv galaxisban nincsen csillagkeletkezes

I mitol all le a csillagkeletkezes?

I az aktıv mag kifujja a gazt

I a csillagkeletkezes hirtelen all le

5AGN feedback