Mi teszi olyan forróvá a galaktikus forró kutyákat?

Csillagbomlások, aktív galaktikus magok és még sok más - ezekben a furcsa átmeneti galaxisokban minden megvan. Mi történik?

A galaktikus léptékben az univerzum körülbelül tizenegy milliárd évvel ezelőtt érdekes hely volt. Mivel a legrégebbi galaxisok már néhány milliárd éves voltak, sokuk az ütközések és egyesülések drámai szakaszán ment keresztül. A folyamat során nagymennyiségű gázt szupermasszív fekete lyukak által akkreditálták, ami kvazárok és aktív galaktikus magok (AGN) növekedéséhez vezetett, míg más csillagközi felhők csillagképző hullámot idéztek elő.

Az NGC 5010 egy közeli lencsés galaxis, amely ugyanakkor fényes infravörös galaxis (LIRG), és néhány rendkívül fényes, nagy vöröseltolódású por-eltakarású galaxis alacsony vöröseltolódású unokatestvére. Kép jóváírása: NASA / ESA / Hubble.

Spektroszkópikusan szólva, ez az időszak az univerzumban a v ~ eltolódásoknak felel meg a z ~ 2–3 tartományban. Kiderült, hogy a legtöbb drámai galaxis ezen vöröseltolódással két fő osztály egyikébe tartozik:

  • A félmilliméteres galaxisok (SMG-k), amelyek évente több száz vagy ezer napenergia-tömegű gázt csillagokká alakítanak. Hideg poruk van, és 850 mikron körül nagy emissziót mutatnak.
  • Por-homályos galaxisok (DOG-k), amelyek átmeneti szakaszban vannak, amikor emisszióikat csillagok uralják, és emisszióikat AGN irányítja.

Megtanulni, hogy ezek az osztályok hogyan kapcsolódnak egymáshoz, nagyon fontos annak megértése szempontjából, hogyan fejlődik és fejlődik a legtömegebb elliptikus galaxis. Ez azt jelentette, hogy a csillagászok izgatottak voltak, amikor a WISE (Wide-Field Infrared Survey Explorer) egy még ritkább és erősebb galaxistípust alakított ki ezen vöröseltolódásoknál. Az elején csak a W1W2-es kimaradók néven ismertek el új nevet - forró kutyák -, és bebizonyították, hogy a világ legvilágosabb galaxisai.

Hogyan találjuk meg az ULIRG-eket?

A WISE további példákat keresett az ultra fényes infravörös galaxisokról (ULIRG), amelyek trilliók napenergességeken ragyognak. Mind az SMG, mind a DOG az ULIRG specifikus alpopulációi, amelyek z ~ 2–3 között vannak, és a WISE felmérés várhatóan mindkét példát fel fogja mutatni. A műhold négy hullámhossz-sávban vizsgálta a célokat, W1-től W4-ig jelölve, amelyek 3,4, 4,6, 12 és 22 μm hullámhossznak feleltek meg. Az ULIRG-knek jól láthatónak kell lenniük a W3 és W4 ablakokban, de nagyon gyenge a W1 és W2 ablakokban.

1. ábra, Wu et al. Válogatott meleg kutyák, ahogy a WISE látta.

Bizonyára számos galaxis felbukkanott, amelyek megfeleltek ezeknek a kritériumoknak, és W1W2-kiesések - W12dropok kategóriába sorolhatók. Sok ember vöröseltolódása z ~ 2–3 volt. Érdekes, hogy a csillagászok nyomon követő infravörös megfigyeléseket végeztek a Caltech Sub-millimeter Observatory (CSO) -nál, valamint az optikai spektroszkópiát a Keck I-teleszkóp segítségével (Wu et al. 2012). A Spitzer Űrtávcső szintén képes volt megfigyelni a jelölteket a W1 és W2 ablakokban.

A csapat ezután számos különféle galaxis sablont próbált illeszteni a megerősített jelöltekhez, hogy megértsék, mi folyik itt. Modelleztek valamit, az úgynevezett spektrális energia eloszlást (SED), amely megmutatja, hogy egy tárgy mennyire energikus különböző hullámhosszon. A lehetőségek listáján szerepeltek kvazárok, por-torii az AGN körül, csillagszóró galaxisok, például Arp 220, DOG, és a hibrid AGN csillagszóró galaxis, a Markarian 231.

5. ábra, Wu et al. A SED sablonok a megfigyelt W12drops jelölt tényleges adataival összehasonlítva (kék pontokkal összekötött fekete pontok). A por torusz jó illeszkedés, kivéve alacsony hullámhosszon.

A csillagszóró modellek szörnyűek voltak, és bár az AGN illeszkedése kissé jobb volt, még a por-torus sablon sem felel meg az összes fő jellemzőnek: viszonylag gyenge szubmilliméteres emisszió, egy SED erő-törvény közepes infravörös hullámhosszon, majd egy kis dudor, szintén a közép-infravörös tartományban. A SED-ben szintén volt egy csúcs a rövidebb hullámhosszon, mint más galaxisokban - ami 60–120 K forró portot jelez. A SED modellek azt is kimutatták, hogy a W12dropid körülbelül 10–20-szor világosabb volt, mint a DOG, SMG vagy bármilyen korábban- ismert galaxis típusa z ~ 2–3-on. Legalább egy jelölt meghaladta a meghökkentő 100 billió napfényt.

Mennyire hatalmas lehet egy forró kutya?

Mielőtt beszélnénk arról, hogy a W12drop hogyan illeszkedik a galaxis evolúció modelljébe, beszéljünk erről a szélsőséges jelöltről (Eisenhardt et al. 2012). Röviden WISE 1814 + 3412 néven ismerték először ugyanabban a csoportban, amely a W12drop galaxisok egészét elemezte. A jelölt elemzése bonyolultnak bizonyult, mivel valójában négy fő elem volt egymás közelében, A-tól D-ig jelölve. A B alkotóelem interloper - egy vörös törpe a Tejút belsejében -, míg a másik három elem vöröseltolódása z ~ 2,45. Az A és D spektrumai az úgynevezett Lyman break galaxisokra utalnak, amelyek egy nagy vöröseltolódású csillagképző galaxis egyfajta típusa, míg C tradicionális kvazárnak tűnik.

5. ábra, Eisenhardt et al. A WISE 1814 + 3412 négy alkotóeleme látható, de valójában csak az A komponens jelenti az érdekes forrásgalaxist.

További elemzés azt mutatja, hogy az A komponens felelős a kibocsátás legnagyobb részéért, és ezért valóban megfelel a WISE 1814 + 3412 szabványnak. Mivel nincs bizonyíték a gravitációs lencsére, a szélsőséges fényerő lényeges. Világosságának kb. 10% -a csillagokból származik, míg a fennmaradó rész nagy része AGN-ből származik. A galaxis problémája az, hogy néhány tipikus AGN spektrum jellemző nincs, bár a rádiókibocsátás növeli annak valószínűségét, hogy ez a magyarázat helyes.

A galaxis legjobb modelljében néhány száz milliárd csillagok tömegét képviselik, amelyek körülbelül egy milliárd év alatt képződtek. Az AGN-t egy milliárd napenergia-tömegű fekete lyuk hajtja - sokkal nagyobb, mint a Tejút közepénél, de természetesen nem a legelterjedtebb ismert. Érdekes, hogy a fényesség és a fekete lyuk tömegének aránya nem felel meg az ismert viszonyoknak. Egy lehetséges megoldás az, hogy az AGN aktivitása domináns, mivel a csillagképződést még nem sikerült teljes mértékben felvenni, de ez problémát jelent az ULIRG evolúciós modellek számára. Függetlenül attól, hogy a WISE 1814 + 3412 forró kutyanak tűnik - ennyi egyetértésben vannak.

7. ábra, Wu et al. A W1814 + 3412, valamint számos más ULIRG, amelyek egyértelműen jelzik a port, ellentétben a Markarian 231, Arp 220 vagy más sajátos galaxisokban találhatóakkal. A forró kutyák egyértelműen különálló csoport.

Hol illeszkednek az ULIRG evolúciójához?

Magukat a kutyákat a SED-ek szerint lehet besorolni. Az egyik nagyobb alpopuláció 3–10 μm-es SED-ekben ütközik, míg a másik az IR közepén egyértelmű hatalmi törvényt mutat. Úgy gondolják, hogy a kettő a kutya evolúciójának különálló szakaszai; A dudor kutyák továbbra is jelentős csillagképző tevékenységet folytatnak, míg a hatalmi törvény szerint működő kutyák AGN-kkel növekszik. Ennek keretében a W12drop galaxisok úgynevezett „forró kutyák” lennének, mindegyik rendkívül erős AGN-vel, nagy mennyiségű porral körülvéve. A SED-ek azonban továbbra is hozzájárulást igényelnek a hideg portól, jelezve, hogy a csillagképződés továbbra is erős.

Ami igazán izgalmas, hogy ez azt jelenti, hogy a forró kutyák a LIRG evolúciós sorozatának kulcspontjában fekszenek. Néhány csoport elmélete szerint ezeknek a galaxisoknak sokasága SMG-kké vált lenyűgöző csillagbordákkal, mielőtt DOG-kké válnának, amikor az AGN aktivitása növekszik. A forró kutyák a sorozat legtávolabbi végén fekszenek, a WISE 1814 + 3412 különös kivételként. Remélhetőleg jobb képet kapunk a helyükről az ULIRG evolúciójában, ha részletesebben megértjük az SMG-k és a KUT-ok mögött meghúzódó tendenciákat. A rádiómegfigyelések talán még inkább rávilágítanak az AGN tevékenységére.

A művész benyomása a WISE J224607.57–052635.0-ról, egy ULIRG-ről és az ismert legvilágítóbb galaxisról. Lehet, hogy aktívan összeolvad más galaxisokkal, táplálja a központi supermasszív fekete lyukát.