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¿Cuál es la fuente de energía de los AGN?

Introducción: Cómo alimentar tu galaxia

A pesar de que casi toda galaxia tiene un agujero negro supermasivo en su centro (incluso nuestra Vía Láctea tiene uno), a los núcleos galácticos activos (AGN, por sus siglas en inglés) les gusta presumir los suyos al máximo. Hay muchos tipos diferentes de AGN, pero pensamos que son todos diferentes caras de la mima cosa: un agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia acreta grandes cantidades de gas, creando un disco de acreción súper caliente y energizando chorros increiblemente energéticos.

La física de cómo los AGN funcionan realmente es un área de investigación activa (¡ja!). A pesar de que el modelo descrito arriba es simple conceptualmente, es difícil explicar algunos de sus detalles. Por ejemplo, enormes cantidades de gas se necesitan para darle suficiente potencia al AGN. ¿Cómo es exactamente que tanto gas llega al centro de una galaxia?

Existen bastantes mecanismos físicos que podrían hacer esto. Las barras galácticas, en algunas galaxias espirales (incluyendo nuestra Vía Láctea) pueden transportar gas hacia los centros de las galaxias. Alternativamente, las interacciones o fusiones entre galaxias pueden producir  afluencias de gas; ciertamente, la evidencia sugiere que las fusiones de galaxias podrían producir los AGN más energéticos.

Estudios previos han presentado muchos resultados contradictorios sobre estos dos mecanismos, y hay un debate acerca de cuál, si es que alguno,  es importante para alimentar un AGN. Ya hemos cubierto este detalle en astrobites (en inglés), con un artículo que ¡sugiere que las barras absolutamente no están asociadas con los AGN! El artículo de hoy toma una aproximación novedosa para responder la pregunta qué es realmente responsable de alimentar los AGN.

El artículo de hoy: ¿barras o interacciones?

En el artículo de hoy, Alonso y su equipo buscan comparar la importancia relativa de las barras galácticas y las interacciones entre galaxias para alimentar los AGN. Para esto, usan datos del Sloan Digital Sky Survey para identificar una muestra de AGN en galaxias espirales barradas y una muestra de AGN en pares de galaxias. Luego identifican una muestra de control de AGN en galaxias asiladas y sin barras. Para controlar otras propiedades (corrimiento al rojo, magnitud, masa estelar, color y edad de la población estelar), Alonso y su equipo se aseguraron que su muestra de control tenga distribuidas esas propiedades de forma que sean similares a las de las otras dos poblaciones. La figura 1 muestra ejemplos de estas tres diferentes muestras de galaxias.

Figura 1. Imágenes de galaxias típicas de cada una de las tres muestras usadas en este artículo: galaxias barradas con AGN (fila superior), AGN en pares de galaxias (fila central) y galaxias sin barra y asiladas (fila inferior). Figura 2 del artículo técnico.    

¿Cómo podemos medir cuál mecanismo es importante para alimentar el AGN? Primero los autores deciden medir la intensidad de la actividad del AGN usando la luminosidad de la línea de emisión de [O III] (oxígeno doblemente ionizado). Hace falta una gran cantidad de energía para ionizar doblemente el oxígeno, así que la intensidad de la línea de [O III] está correlacionada con la producción de energía del AGN.

Los autores también usan la luminosidad de [O III] para estimar la tasa de acreción relativa de cada AGN. Este parámetro mide aproximadamente  la eficiencia del AGN y se calcula dividiendo la luminosidad del [O III] por la masa del agujero negro. Esto es para tomar en cuenta el hecho de que si dos agujeros negros son igualmente eficientes acretando gas, el agujero negro más masivo acretará una cantidad total de gas mayor y parecerá más activo que el menos masivo.

El equipo de Alonso grafican la distribución de la actividad y la eficiencia de los AGN en sus tres diferentes muestras. Estas se muestran en la figura 2, que ilustra que ambas, la muestra de barradas y la muestra de pares de galaxias tienen una actividad y eficiencia mayores que la muestra de control. Sin embargo, la población barrada parece tener una fración más alta de AGN muy potentes y energéticos que la población de pares de galaxias; esto sugiere que mientras ambos, barras e interacciones son mecanismos importantes para alimentar los AGN, las barras podrían ser más eficientes.

Figura 2. Las distribuciones de la actividad (izquierda, medida mediante la luminosidad de [O III]) y la eficiencia (derecha, medida mediante el parámetro de tasa de acreción R) de las tres muestras de AGN: en gris para la muestra de control, en magenta para la muestra de espirales barradas y en azul para la muestra de pares de galaxias. En el panel de la derecha, las líneas sólidas y punteadas en magenta indican las dos formas diferentes de medir la masa del agujero negro para galaxias espirales barradas. Figuras 3 y 4 del artículo técnico.

Pero espera… ¡hay más!

¿Es esta toda la historia? Los autores excavan un poco más profundo e intentan averiguar si alguna otra propiedad de las galaxias afecta la actividad y la eficiencia de los AGN. Encuentran que los AGN más activos y eficientes tienden a estar en galaxias más masivas con poblaciones estelares más azules y jóvenes.  Esto es así para sus tres muestras.

Resulta que en la muestra de pares de galaxias, las propiedades de la galaxia compañera de la que hospeda al AGN puede jugar un papel importante. Si la muestra de pares de galaxias está limitada a pares en los que la galaxia compañera es masiva y azul con estrellas más jóvenes, entonces la fracción de AGN muy potentes y eficientes es igual de alta que en la muestra de barradas. Si solo consideramos pares de galaxias con compañeras que son menos masivas, más rojas y que contienen poblaciones estelares más jóvenes, entonces las actividades y eficiencias de los AGN se parecen mucho más a las de la muestra de control.

Por tanto, a pesar de que algunas barras podrían ser mucho más eficientes para alimentar un AGN que las interacciones de galaxias, las propiedades de las galaxias parecen complicar las cosas. ¡Esperamos que estudios futuros investiguen más a fondo la física detrás de estas diferencias en las poblaciones!

 

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