Medindo redshifts em AGNs obscurecidos

Título do Artigo: XZ: Deriving redshifts from X-ray spectra of obscured AGN

Autores: Charlotte Simmonds, Johannes Buchner, Mara Salvato, Li-Ting Hsu, Franz Erik Bauer

Instituição do Primeiro Autor: Pontificia Universidad Católica de Chile, Instituto de Astrofísica, Casilla 306, Santiago 22, Chile

Status: Submetido ao A&A [acesso livre]

Enxergando o passado ao olhar bem longe

Um dos maiores mistérios em que a astronomia é focada é, como se poderia esperar, o maior fenômeno astronômico que conhecemos: o universo, como ele surgiu, e para onde ele possa estar indo. Para aprender mais sobre a linha do tempo da evolução do universo, cientistas medem os redshifts de objetos distantes, como buracos negros e galáxias. De uma maneira um pouco estranha (mas muito legal), ao observar esses objetos distantes e seus redshifts, vemos fotografias no tempo de como o universo era há muito (muito mesmo!) tempo.

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Figura 1: Impressão artística de uma galáxia ativa, aproximando em seu núcleo brilhante.   Créditos: NASA/Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab.

No astropontos de hoje, focamos em um grupo particular desses objetos distantes: núcleos ativos de galáxias. Uma galáxia ativa é uma galáxia cujo centro gera um montante considerável de energia. Esse centro é o que chamamos de núcleo ativo da galáxia, e usamos o termo AGN, do inglês active galactic nuclei, como abreviação.

Os autores do artigo de hoje discutem duas formas que os cientistas usam para medir o redshift de galáxias “normais” (não-ativas). Uma forma é através de espectroscopia, que usa o espectro observado de uma galáxia para medir o seu redshift. Infelizmente esse método é bastante custoso, e não funciona bem em um espectro de uma galáxia pouco luminosa em comprimentos de onda do ótico e infravermelho. O método mais comum é por fotometria, em que se conta o número de fótons em um intervalo determinado de comprimento de onda que é emitido pela galáxia, e coletado por um telescópio. Dado um número suficiente de intervalos de comprimento de onda, cientistas podem usar a fotometria para construir um espectro de baixa resolução da galáxia, e medir seu redshift.

A medida de redshift em um espectro é muito mais fácil e certa quando o espectro tem características bem definidas, como linhas de emissão e absorção. Infelizmente, essas características são difíceis de distinguir quando a galáxia tem um AGN: a emissão brilhante do AGN dentro da galáxia tende a confundir, diluir e/ou esconder as características que esperamos observar do espectro da galáxia que hospeda aquele AGN. Isso acaba tornando difícil de ver as características da galáxia no espectro misturado com o AGN, e logo fica mais difícil medir o redshift da galáxia.

Os autores do artigo de hoje propõem uma técnica para estimar redshifts em AGNs “obscurecidos” utilizando espectros em raios-X. AGNs obscurecidos são AGNs bloqueados parcialmente por material absorvedor, como nuvens de gás ou poeira. Na verdade o material que bloqueia parcialmente esses AGNs produz características no espectro, o que é exatamente o que torna seu espectro, e seu redshift, mais fácil de distinguir.

Procurando por um lado bom

Como pode ser que o redshift de um AGN obscurecido seja mais fácil de identificar do que o redshift de um não obscurecido?

Os autores mostram que o espectro em raios-X de um AGN não obscurecido, quando observado em baixa resolução, parece uma lei de potência, que é uma curva muito suave. Neste caso, não há características marcantes no espectro, o que significa que não conseguimos dizer qual é o redshift do espectro. Mas um AGN obscurecido tem um espectro em raios-X em que muita (mas não toda!) luz é bloqueada e não chega até o telescópio. Neste caso, há certos comprimentos de onda em que a luz é menos bloqueada que em outros comprimentos de onda. As diferenças produzem algo que se assemelha a uma “borda”, marcando regiões do espectro que são bloqueadas.

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Figura 2: Espectro em raios-X modelado de um AGN, plotado em função de energia (que depende do comprimento de onda) e obscurecimento. Os números e cores aumentam com o obscurecimento: a linha azul fraca identificada com “22” é a menos obscurecida, enquanto a linha azul forte identificada com “25” é a mais obscurecida. No espectro mais obscurecido, vemos “bordas” claras das regiões absorvidas do espectro, assim como a linha intensa de Fe Kα próxima de 6.4 keV. Figura 1 no artigo.

A Figura 2 mostra um espectro em raios-X modelado de um AGN, plotado com obscurecimento crescente. Assim que o espectro fica mais e mais obscurecido, vemos como as “bordas” que marcam as regiões de absorção crescem mais pronunciadas. Para a sua técnica, os autores propõem o uso da profundidade e localização dessas bordas para modelar e estimar os redshifts, entre outras quantidades, de AGNs obscurecidos. Eles também propõem a utilização de uma característica conhecida como linha de Fe Kα (ver Fig. 2) sempre que possível; essa característica pode aparecer bem intensa para AGNs fortemente obscurecidos e diminuir a incerteza das estimativas de redshift.

Para testar sua técnica, os autores juntaram uma amostra de espectro em raios-X de AGNs obscurecidos anteriormente observados, assim como medidas espectroscópicas e fotométricas (quando disponíveis) de seus redshifts em estudos anteriores. Os autores juntaram esses dados de três catálogos, com foco em dados do Chandra Deep Field-South (CDF-S) 4Ms. Eles então usam sua técnica para (1) estimar os redshifts da amostra e (2) comparar suas estimativa e incertezas com os redshifts medidos anteriormente usando fotometria e/ou espectroscopia.

Os autores encontram que, em geral, sua técnica funciona!

 

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Figura 3: Gráfico de medidas anteriores de redshift utilizando espectroscopia ao longo do eixo x (com rótulo “specz”) contra a estimativa de redshift feita pelos autores ao longo do eixo y (com rótulo “XZ”). Os pontos plotados aqui são utilizando espectros em raios-X de AGNs obscurecidos em que os redshifts foram bem medidos no artigos. As cores nos pontos indicam o obscurecimento do AGN, com azul mais forte indicando mais obscurecimento. As barras de erro nos pontos são as incertezas nas estimativas. Pontos representados por quadrados possuem medidas incertas de espectroscopia. A linha preta contínua mostra onde a medida espectroscópica seria exatamente igual à estimativa dos autores, enquanto as linhas pontilhadas representam o intervalo de 15% ao redor da linha contínua. Pontos que não tenham barras de erro que passe pela linha preta contínua são destacados em preto. Por fim, os histogramas no canto superior esquerdo mostram as diferenças relativas entre as estimativas dos autores e as medidas espectroscópicas quando ou soluções únicas (histograma em verde contínuo) ou soluções múltiplas (histograma em cinza tracejado) de redshift foram encontradas. Figura 5 no artigo.

As novas estimativas de redshifts foram normalmente consistentes com medidas espectroscópicas, quando disponível, mesmo quando não havia muitos dados em raios-X para se trabalhar. Os autores conseguiram não só validar sua técnica contra as medidas espectroscópicas, mas também verificar essas medidas. Eles também encontram, em geral, consistência entre suas estimativas e as medidas fotométricas de redshift, independentemente das medidas espectroscópicas. Combinando suas estimativas com as medidas fotométricas, eles produzem medidas com incertezas muito menores e únicas de redshift para os espectros em raios-X de AGNs de sua amostra. Alguns pontos derivados pela técnica podem ser problemáticos em relação às medidas fotométricas/espectroscópicas (pontos distantes da linha preta na Fig. 3), e outros mostram estimativas com incertezas significativas. Mas de forma geral, a técnica apresentada se mostra um meio útil para verificar redshifts de AGNs com espectros em raios-X de baixa resolução.

Esta técnica não é apenas efetiva, mas também barata! Não é necessário nenhum outro tipo de dados além de espectros em raios-X de baixa resolução, e o modelo não é complicado de aplicar. Os autores estão certos de que sua técnica vai se mostrar mais poderosa para catálogos futuros como a missão Athena, que irá produzir espectros em raios-X de melhor resolução do que a utilizada neste trabalho.


Baseado no texto em inglês Clearing up the Redshifts of Obscured AGNs, por Jamila Pegues

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