Procurando por AGNs múltiplos em fusões de galáxias

Título: AGN Triality of Triple Mergers: Detection of Faint X-ray Point Sources

Autores: Adi Foord, Kayhan Gultekin, Jessie C. Runnoe, Michael J. Koss

Instituição do primeiro autor: University of Michigan, EUA

Status: Aceito pelo The Astrophysical Journal, acesso livre no arXiv

É o conto clássico de galáxia encontrando galáxia. Eles se olham em um Universo lotado, sua própria atração mútua os puxa para as órbitas um do outro, e observamos enquanto eles se aproximam cada vez mais até sua violenta fusão inevitável. É assim que as galáxias nascem de acordo com uma teoria popular da cosmologia, conhecida como o modelo ΛCDM. Argumenta que a estrutura vista no Universo foi formada hierarquicamente: pequenos aglomerados de matéria escura coalesceram, atraindo gás e poeira em quantidades crescentes até que grupos e aglomerados de galáxias fossem produzidos. No entanto, não são apenas as galáxias que crescem dessa maneira. A fusão é tão turbulenta que os buracos negros supermassivos (SMBHs) nos centros galácticos são levados na carona. Inicialmente, eles passam um pelo outro, mas seu movimento através do gás produz atrito que os aproxima. No entanto, esse atrito apenas desacelera os SMBHs o suficiente para que possam formar um par binário orbital. Muitas vezes referido como o “problema do parsec final“, sem um empurrão de uma fonte externa, esses SMBHs podem orbitar uns aos outros para sempre.

Uma maneira de superar essa lacuna é introduzindo um terceiro SMBH. Isso tornaria as interações gravitacionais muito mais instáveis e reduziria a probabilidade de criar binários SMBH em órbita eterna. Por esta razão, acredita-se que os sistemas SMBH triplos desempenhem um papel importante na fusão e crescimento de buracos negros e na emissão de ondas gravitacionais. Simulações sugerem que mais de 42% das galáxias massivas passaram por mais de uma fusão significativa e, ainda assim, apenas um sistema SMBH triplo foi encontrado até hoje. Então, para entender mais sobre sua prevalência, o artigo de hoje descreve uma pesquisa sistemática e faz uma identificação robusta de vários sistemas de núcleos ativos em fusões de galáxias triplas próximas.

Para capturar SMBHs em vários estágios ao longo do processo de fusão, os autores de hoje pesquisaram assinaturas de atividade de núcleos galácticos ativos (AGN). Esse tipo de atividade é caracterizada por altíssima emissão em todo o espectro eletromagnético e é acionado por gás e poeira que são direcionados para o SMBH. Fusões são candidatas interessantes para desencadear a atividade de AGN: acredita-se que a enorme turbulência torna o gás e a poeira mais propensos a atingir o SMBH. Em primeiro lugar, AGNs do catálogo infravermelho WISE foram combinados com uma grande amostra de imagens ópticas do SDSS. Os autores inspecionaram essas imagens de AGNs em busca de quaisquer sinais de atividade de fusão entre três galáxias separadas. A partir desse processo, eles identificaram 12 sistemas potenciais. No entanto, para identificar e contar de forma independente os AGNs individuais, eles também precisaram de dados de raios-X do satélite Chandra. Este requisito adicional significou que sua amostra caiu para 7 fusões de galáxias triplas.

Os autores usaram BAYMAX para analisar os dados de raios-X, um script desenvolvido por eles mesmos que determina se uma dada observação de raios-X é de uma única ou múltiplas fontes pontuais de raios-X. BAYMAX avaliou a distribuição de energia de raios-X no centro de cada galáxia na fusão e comparou-os a uma distribuição esperada de um número variável de fontes de raios-X. Usando essa comparação, ele então calculou o fator de Bayes, uma razão entre a probabilidade de dois modelos concorrentes. Para essa análise, eles calculam dois fatores de Bayes: B2/1, a razão entre os modelos de fonte de raios-X dupla e única; e B3/2, a relação entre os modelos de fonte de raios-X triplos e duplos. O que for maior determina o número provável de fontes de raios-X nessa fusão de galáxias, ou seja, se B3/2 for maior do que B2/1, acredita-se que o sistema hospede 3 fontes de raios-X. No entanto, se os dois fatores de Bayes estivessem próximos de 0, a fusão seria considerada como hospedeira de uma única fonte de raios-X. Das 7 fusões em sua amostra, os autores de hoje encontraram 1 sistema de fusão que favorece um modelo de fonte pontual de raios-X triplo, 5 que favorecem uma fonte pontual dupla e 1 que favorece uma única. Encorajando a metodologia, seu sistema de pontos triplos era o mesmo que havia sido encontrado anteriormente. A Figura 1 ilustra o processo BAYMAX sendo aplicado a esta fonte de ponto triplo, SDSS J0849+1114.

Figura 1: Uma fusão tripla de galáxias, SDSS J0849+1114, obtida pelo SDSS (esquerda), o Telescópio Espacial Hubble (centro) e Chandra (direita). As caixas coloridas sobrepostas em duas das imagens destacam os centros de cada fonte pontual de raios-X suspeita. Esta é a mesma área sobre a qual a análise BAYMAX foi aplicada e sugeriu que este era um sistema de fonte pontual de raios-X triplo.

AGNs não são os únicos objetos que podem emitir intensa emissão de raios-X. Estrelas orbitando buracos negros menores, conhecidos como binários de raios-X, podem produzir raios-X à medida que sua massa é atraída para o buraco negro. Uma maneira de determinar a diferença entre eles é observar a luminosidade do objeto. Os autores usam um limite acima do qual argumentam que a emissão provavelmente virá da atividade de AGN. Essa abordagem mostrou que nem todas essas fontes pontuais de raios-X eram AGN, no entanto, eles determinaram que a maioria dos sistemas hospeda pelo menos um AGN. Embora a atividade de raios-X não tenha sido definitiva, eles continuam este trabalho em um artigo futuro para analisar sua amostra em outros comprimentos de onda.

O artigo de hoje representa uma das primeiras pesquisas sistemáticas por sistemas triplo de AGN em fusões de galáxias triplas próximas. Ao aplicar suas técnicas estatísticas robustas a esta grande amostra, eles confirmaram a presença de um sistema de fonte tripla de raios-X e encontraram pelo menos 4 novos sistemas de AGN duplos também. Pesquisas futuras por múltiplos sistemas AGN usando esta técnica serão inestimáveis para testar teorias de como a estrutura no Universo se formou e como SMBHs podem cruzar aquele parsec final!


Adaptado de Searching for Multi-AGN Mergers, escrito por Keir Birchall.

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