Accretion unto Supermassive Black Holes in Quasars: Learning from

¿Agujeros Negros en los
nucleos de todas las galaxias?
Deborah Dultzin
Instituto de Astronomia, UNAM
Congreso de la AMC 2012
Muerte de estrellas tipo solar: eyectan la
atmosfera y dejan una “enana blanca”
s estrellas masivas al final de su vida explotan y pueden
r un remanente que colapsa. Si este tiene hasta 3 masas
solares, forma una estrella de neutrones
Nebulosa del cangrejo.
pulsar del cangrejo – imagen en rayos X
del satelite CHANDRA
Agujeros negros de origen estelar
cuando el remanente es de mas de unas 6
masas solares


1966: Zeldovich & Guseynov -> hay que buscar
los de hoyos negros en binarias de rayos-X.
Sistemas dobles de estrellas con una de ellas
invisible, salvo por sus efectos dinamicos en la
otra. Lo de la emision en Rayos X fue una una
predicicon genial
En 1970 se lanzo el primer satelite de Rayos X,
llamado “UHURU” que descubrio varias binarias
de rayos X. La primera: “Cygnus X-1” resulto
tener una componente invisible de 9 veces la
masa del Sol
-- EL OBJETO COLAPSADO EN Cyg X-1
ES UN HOYO NEGRO
¿OTRO TIPO DE HOYOS
NEGROS?
SI
LOS SUPERMASIVOS
EN LOS NUCLEOS DE LOS
CUASARES Y GALAXIAS
ACTIVAS
Hace 50 años se descubrieron
los CUASARES (QUASARS)
(acronimo del ingles: Quasi Stellar Radio So
Sources)
Cuando se logro determinar que el
mas cercano se encuebtra a una
distancia de 2500 millones de años
luz (correspondiente a un
“corrimiento al rojo” , z=0.16) la
sorpresa fue mayuscula.
Andromeda nuestra vecina similar
mas cercana (a 2 millones de años luz)
Andromeda, con sus 100,000 millones
de estrellas, a la distancia del cuasar
mas cercano ¡NO SE VERIA!
Se necesitaba un mecanismo de emision
de energia MUCHO mas eficiente que
energia termonuclear
Estudios de variabilidad limitaban el
TAMAÑO de la fuente de energia a las
dimensiones del Sistema Solar…
ACRECION A UN AGUJERO NEGRO
“SUPERMASIVO” (MILLONES DE VECES
LA MASA DEL SOL)
Zeldovich (1964) e independientemente
Salpeter (1964)
La luminosidad total de un disco de acrecion alrededor de un
objeto colapsado es L≈ ½ GMM/R
M es la masa del HN y M es lo que se “traga” en
unidades de masas solares.
La mitad de la luminosidad se radia en el disco
de acrecion por “friccion” del gas
La otra mitad en el borde interno por
conversion de masa (gravitacional) en
energia
E = mc2 = 10 – 40 % de m:
la masa
en reposo de una particula en la ultima orbita
estable ANTES de caer al hoyo negro comparar
con eficiencia de energia de fusion nuclear
en estrellas (≈0.7%)
Esquema de Nucleos Activos de Galaxias:
Galaxias Seyfert, Cuasares, Radiogalaxias y
Blazares *
L ≈ 1042-47 ergs/seg; Se requiere que un hoyo negro de
MBH ≈ 107-10 masas solares se “trague” (acrete) de una a
dos masas solares por año (*beaming)
Otros procesos generadores de
energia
Radiofrecuencias: radiacion sincrotronica
(electrones relativistas en campos
magneticos)
 Optico, UV y Rayos X “suaves” (< 2 KeV):
emision termica por “friccion” (shear) en
el disco de acrecion
 Rayos X “duros” (2-10 KeV) y Rayos
Gama: efecto Compton inverso – los
electrones relativistas le pasan energia a
los fotones. En el caso de rayos Gama
puede haber efectos de orientacion
(“beaming”)

Radiogalaxia
M87
radiacion sincrotronica
¿alguna evidencia
observacional?
O … ¿de cual fuman los
astronomos?
NGC4261 HST
88000 light years
17 arcsec
Evidencia mas contundente: la VIA
LACTEA (nuestra galaxia)
tiene un hoyo negro de M≈106 masas solares.
Hasta antes de este descubrimiento la
evidencia era indirecta, o, como dicen los
abogados, circumstancial
evidencia cinematica directa de
movimiento de estrellas cerca del
centro de la galaxia (en el IR)
EL GRAN SALTO
Optica Adaptativa en el
Infraojo
Imágenes con camaras de OA en
telescopios de gran diametro (8m):
VLT (Very Large Telescopes
(ESO Chile) + camara NACO
(NAOS/CONICA) y telescopio Keck
(Hawaii) + LGS (Laser Guide
System) en Keck
Very Large Telescopes (VLT): 4 x 8m
ANTU, KUEYEN , MELIPAL y YEPUN.
(el Sol, la Luna, la Cruz del Sur y Venus en lengua mapuche)
Cerro Paranal, desierto de Atacama, Chile
El centro de la Via Lactea imagen con
Optica Adaptativa en el IR del VLT
Orbitas derivadas de de movimientos propios de estrellas
observadas con OA en el IR con el telescopio VLT
Todas las galaxias tienen un
Hoyo Negro en su centro?
SI pero puede estar famelico
¿y se puede volver a alimentar?
SI por un choque con otra galaxia
o incluso una interaccion cercana (menor a
300,000 años luz)
la interaccion gravitacional lleva gas al
nucleo
(e.g. Hernandez Hibarra, Dultzin & Krongold 2011)
¿Qué hacemos en Mexico?
Estudiar condiciones fisicas del gas
mas proximo a los Hoyos Negros,
determinacion de masas de HN,
Evolucion de Cuasares
Estudiamos actividad inducida por
interacciones gravitacionales entre
galaxias
Monitoreo espectropolarimetrico de de
Blazares de rayos Γ , etc
Observatorio Astronomico Nacional de
San Pedro Martir, BC, Mexico
telescopio de 2.1m
observando cuasares en SPM
Jack Sulentic, Debora Dultzin & Alenka Negrete
 Recientemente,
como parte de su
tesis doctoral A. Negrete encontro un
metodo nuevo para determinar con
mas presicion masas del HN en
cuasares de alta z (z=3) a partir de
las condiciones fisicas del gas
alrededor

Negrete, Dultzin, Marziani & Sulentic
2011)
Resultados de observaciones de cerca
de 300 cuasares observados en San
Pedro Matir, Mexico y en el VLT (ESO
Chile)
Sulentic, Marziani, Dultzin-Hacyan (2006)
 Cada
espectro cubre la region de la linea de
emision del Hidrogeno Hβ en el rango optico
(para z<1) o In frarojo (para z=1-3)
 Ho=70
Kms-1Mpc-1, ΩM=0.3, ΩΛ=0.7,
Masas de Hoyo negro determinadas
observacionalmente:  MBH<1010M .
Masa limite (e.g. Dultzin et al. 2007)
Interaccion de galaxias