07b - Principi di Astrofisica Buchi Neri nei nuclei galattici

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1 07b - Principi di Astrofisica Buchi Neri nei nuclei galattici

2 Metodi diretti per misurare MBH Moto di singole particelle test! Moti propri delle stelle e velocità radiali Via Lattea Velocità radiali di nubi di gas (emissione dei maser) NGC 4258 Moto d insieme Dinamica stellare (V, σ dalle righe di assorbimento stellari) Cinematica del gas (V, σ dalle righe di emissione del gas)

3 La massa del BH in M87 M87 è una galassia ellittica gigante con una sorgente Δv ~ 1000 km/s radio molto potente. Da misure HST si ottiene che punti diametralmente d ~0.6 opposti del disco di gas hanno una differenza di velocità Δv = 2Vr ~ 1000 km/s La distanza tra i due punti è d = 2r ~ 0.6 = 44 pc alla distanza di M87 (D = 15 Mpc 1 = 73 pc).! Quindi M BH = rv r 2 1 G = 2 44 pc km/s N m kg M

4 La massa del BH in M87 ( II ) MBH ~ M

5 MBH dai maser H20 Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation Osservazioni radio VLBI (Very Large Baseline Interferometer) di righe maser H20 (λ=1.35 cm) nella galassia NGC 4258 hanno raggiunto risoluzione spaziale Δθ ~ mas = pc (dato che la distanza è D=7.2 Mpc). Le nubi di gas che emettono il maser sono disposte in un disco visto di taglio e dalle velocità osservate si ottiene MBH = M.! V(r) ~ (GMBH/r) 0.5

6 2) H 2 O Maser Disks (AGN) - NGC 4258 (LINER) (Herrnstein, et al. 2005, ApJ, 629, 719) - masers from dense, unresolved clumps of molecular gas, heated by X-rays - high velocity masers are self-amplified, systemic masers amplify radio core - Keplerian rotation curve for a warped disk: M! = 4 x 10 7 M"!Only works for nearly edge-on systems! 8

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9 MBH dai maser H20 Altri esempi: NGC 1068 e Circinus NGC 1068: M BH ~ 10 7 M! ma rotazione più piatta di r Circinus: M BH =(1.7±0.3) 10 6 M!

10 Importanza della risoluzione spaziale In realtà la Via Lattea e NGC 1068 sono casi eccezionali da manuale. I moti propri delle stelle si possono misurare solo nella Via Lattea. Non sono stati trovati altri dischi maser che si comportino bene come NGC 4258 (Circinus e NGC 1068 hanno dei problemi...). Dobbiamo accontentarci di studiare i moti d insieme del gas e delle stelle. L elemento fondamentale è la risoluzione spaziale che determina il volume minimo che possiamo considerare. Del resto per la Via Lattea e NGC 4258 sono state ottenute risoluzioni spaziali eccezionali.

11 I resti fossili degli AGN Consideriamo un AGN che emette LAGN = L (L = erg s -1 ) per ΔtAGN = 10 7 yr ( età universo) LAGN = ε (ΔM/ΔtAGN) c 2 dove ΔM è la massa accresciuta nel tempo ΔtAGN. Una frazione ε di questa viene convertita in energia ed irraggiata, il resto (1-ε) va ad aumentare la massa del BH. Per cui l aumento di massa del BH è esprimibile come ΔMBH = (1-ε)ΔM = [(1-ε)/εc 2 ] LAGN ΔtAGN ovvero con ε = 0.1, M BH M L AGN L t AGN 10 7 yr

12 Nell ipotesi che gli AGN siano alimentati da accrescimento di massa su un buco nero l attività AGN deve lasciare un resto fossile nel nucleo della galassia anche dopo che l AGN sia spento (ovvero non riceva più gas). Gli AGN nel passato erano molto più numerosi di adesso; i quasar a z~2-3 erano volte più numerosi ( prossima lezione). Combinando questi fatti si deduce che almeno i nuclei delle galassie più luminose e più vecchie (vicine) debbano ospitare dei buchi neri molto massicci!.

13 The Cosmic Energy Density Spectrum

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15 Marconi et al. (2004) The studies of the local galaxy bulges allow to estimate the z=0 BH mass funtion Both the z=0 BH mass function and the cosmic X-ray background are the fossil integrated result of the AGN evolution, i.e. of the total of accreted mass and of the total energy released in the Universe via accretion z=0 BH mass function X-ray background Integrated luminosity history Integrated history of accretion

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32 Problemi? Pochi punti agli estremi delle correlazioni. Non è possibile rivelare BH piccoli in sferoidi grandi. Il BH della Via Lattea è l UNICO che non ha una alternativa fisica plausibile; per gli altri è possibile si tratti di ammassi di oggetti oscuri (p.e. stelle di neutroni, BH stellari, ecc.). Text Quello della Via Lattea è l unico BH DOCG. Difficile trovare oggetti qui!

33 Problemi? La maggior parte delle misure di MBH: risolvono appena RBH; sono tra Mo; sono in galassie Early Type. Non tutte le misure sono ugualmente affidabili. Possiamo escludere che ci siano grandi BH in galassie piccole... ma non possiamo escludere che ci siano piccoli BH in galassie grandi. Il metodo per misurare MBH e le relazioni MBH-galassia sono valide solo a z=0.

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