O efeito de núcleos ativos em galáxias em aglomerados

Título: Cosmological Simulation of Galaxy Groups and Clusters-I: Global Effect of Feedback from Active Galactic Nuclei

Autores: Rudrani Kar Chowdhury, Suchetana Chatterjee, Anto . I. Lonappan, Nishikanta Khandai, Tiziana DiMatteo

Instituição do Primeiro Autor: Department of Physics, Presidency University, Calcutá, Índia

Status: Aceito pela ApJ. Acesso aberto via arXiv.

É aceito na comunidade astronômica que toda galáxia massiva contém um buraco negro supermassivo no seu centro. Esses buracos negros podem ter desde centenas de milhares a bilhões de vezes a massa do Sol. Por vezes esses monstros acabam atraindo gravitacionalmente outros corpos celestes, como estrelas e nuvens de gás, que estejam passando distraidamente próximos do núcleo da galáxia. Essa acreção de matéria acaba gerando uma série de fenômenos físicos que chamamos de núcleo ativo de galáxias (ou AGNs em inglês).

Acredita-se que essa atividade nuclear seja muito importante para evolução das próprias galáxias hospedeiras, já que uma parte da matéria acretada pelo núcleo acaba sendo devolvida ao meio interestelar através de ventos (os chamados feedbacks de AGNs), que acabam por aquecer o gás e afetar a formação de estrelas. Isso causa uma relação evolutiva entre galáxia e buraco negro supermassivo, que é observado através da correlação entre parâmetros como a dispersão de velocidades das estrelas no bojo da galáxia e a massa do buraco negro supermassivo. Essa relação já foi tema de posts aqui no Astropontos, como este.

Porém, não entendemos bem como essa relação é criada, nem como os tais feedbacks afetam as galáxias. Quão intenso esse feedback tem de ser para a galáxia sentir o seu efeito? Esse efeito é importante para todas as galáxias, ou existe diferença para o tamanho da galáxia? Essas são algumas das perguntas que os autores do artigo de hoje querem ajudar a solucionar. Para isso, eles utilizaram modelos hidrodinâmicos da evolução das galáxias considerando o efeito do feedback de AGNs, mas focando em uma grupo muito específico: os aglomerados de galáxias.

A figura 1 mostra a distribuição de galáxias no centro dos aglomerados e as galáxias satélites dos aglomerados em relação à massa do halo dessas galáxias (uma característica da galáxia hospedeira) e à luminosidade bolométrica do AGN (uma característica do buraco negro supermassivo). Vemos que, enquanto as galáxias centrais apresentam AGNs mais luminosos conforme maior a massa do halo, o oposto é observado para galáxias satélites. Parece que os AGNs estão expulsando o gás que os alimenta nas maiores galáxias, assim se tornando menos luminosos, mas apenas nas galáxias satélites dos aglomerados. É possível que o feedback do AGN central esteja afetando a evolução das galáxias satélites. Este efeito parece ocorrer em diferentes épocas cosmológicas, já que não se vê uma relação clara com o tempo em que isso é medido, na comparação com dois redshifts, 0.1 e 1.

Figura 1: Relação entre massa do halo galáctico e luminosidade bolométrica do AGN. Galáxias centrais em z = 0.1 e 1 são representadas por triângulos vermelhos e pontos pretos, respectivamente, enquanto galáxias satélites são representadas por losangos azuis e estrelas magentas, respectivamente. Se observa uma diminuição da luminosidade bolométrica com a massa do halo para as satélites, o oposto do observado para as centrais. Não existe uma relação clara com o redshift. Figura 1 do artigo.

Já a figura 2 mostra o efeito do feedback do AGN tanto na temperatura quanto na densidade do gás presente, em relação a sua distribuição radial. Podemos ver que galáxias com feedback do AGN apresentam menor densidade de gás nas regiões centrais das galáxias, indicando que este gás está sendo empurrado para regiões externas, fazendo com que a densidade aumente em regiões externas, sendo maior do que em galáxias sem AGN. A temperatura é maior em galáxias com AGNs ao longo de toda a extensão considerada, efeito gerado pelo feedback ao injetar energia e causando seu aquecimento.

Figura 2: Relação entre a densidade (painel esquerdo) e temperatura (painel direito) do gás e sua distância ao núcleo da galáxia. Pontos vermelhos representam galáxias simuladas com a presença de AGN e seu feedback, enquanto losangos azuis representam galáxias simuladas sem AGNs. Vemos que a densidade é menor no centro de galáxias com AGNs, o que se inverte em regiões externas, indicando a expulsão do gás pelo AGN. A temperatura é maior para galáxias com AGNs.

Esses resultados vão de encontro com o que se tem observado na literatura: AGNs afetam parâmetros físicos das galáxias hospedeiras como densidade e temperatura através de seu feedback, e por sua vez, tendo um impacto na evolução da galáxia. Além disso, parece que a região que a galáxia se encontra em um aglomerado também tem um efeito importante. Ainda assim, existe muito para ser estudado para podermos caracterizar estes efeitos em diversos ambientes e fases evolutivas das galáxias.

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