Mis muudab galaktilised kuumad koerad nii tuliseks?

Tähepurustused, aktiivsed galaktilised tuumad ja palju muud - nendel kummalistel üleminekugalaktikatel on see kõik. Mis toimub?

Galaktika skaaladel oli umbes üksteist miljardit aastat tagasi universum huvitav koht. Kuna vanimad galaktikad olid juba paar miljardit aastat vanad, elasid paljud praegu läbi dramaatilise kokkupõrgete ja ühinemiste perioodi. Selle käigus akumuleerusid suures koguses gaasi supermassiivsed mustad augud, mis viisid kvaasarite ja aktiivsete galaktiliste tuumade (AGN) tõusuni, samal ajal kui teised tähtedevahelised pilved tekitasid tähtede moodustumise laine.

NGC 5010 on läheduses paiknev läätsekujuline galaktika, mis on ühtlasi helendav infrapunagalaktika (LIRG) ja mõnede eriti heledate, punasekirjelise tolmuga varjatud galaktikate madala punanihkega nõbu. Kujutise krediit: NASA / ESA / Hubble.

Spektroskoopiliselt öeldes vastab see periood universumis punanihkele vahemikus z ~ 2–3. Selgub, et paljud nende punanihkega dramaatilisemad galaktikad kuuluvad ühte kahest põhiklassist:

  • Alammillimeetrised galaktikad (SMG), mis muudavad sadu või tuhandeid gaasimassi päikesemasse igal aastal tähtedeks. Neil on külm tolm ja nende emissioon on umbes 850 mikronit.
  • Tolmust varjatud galaktikad (DOG-id), mis on üleminekufaasis, kus nende emissioonides domineerivad tähed, et nende emissioonides domineeriks AGN.

Nende klasside üksteisega seotuse õppimine on tõesti oluline, et mõistaksime, kuidas kõige massilisemad elliptilised galaktikad kasvavad ja arenevad. See tähendas, et astronoomid olid elevil, kui lainevälja infrapuna-uuringu uurija (WISE) muutis nendel punastel nihketel veelgi haruldasema ja võimsama galaktikatüübi. Algselt tuntud vaid kui W1W2 väljalangejad, on neile nüüd antud uus nimi - kuumad koerad - ja nad on osutunud universumi kõige helendavamateks galaktikateks.

Kuidas me leiame ULIRGe?

WISE otsis veel ultrahelendavate infrapuna galaktikate (ULIRG) näiteid, mis paistavad triljonites päikesevalgustes. Nii SMG-d kui ka DOG-id on ULIRG-de spetsiifilised alampopulatsioonid, mis eksisteerivad vahemikus z ~ 2–3, ja WISE uuringust oodati, et neist tuuakse mõlemad näited. Satelliit uuris sihtmärke neljal lainepikkuse ribal, tähistatud W1 kuni W4, mis vastas lainepikkustele vastavalt 3,4, 4,6, 12 ja 22 μm. ULIRG-id peaksid olema W3 ja W4 akendes selgelt nähtavad, kuid W1 ja W2 korral väga nõrgad.

Joonis 1, Wu jt. Valik kuumaid koeri, nagu WISE nägi.

Muidugi, ilmnes hulk galaktikaid, mis vastasid neile kriteeriumidele, ja need liigitati W1W2 väljalangejate hulka - lühidalt W12 hüdropsid. Paljudel oli punanihked z ~ 2–3. Intrigeerituna tegid astronoomid järelinfrapunavaatlusi Caltechi submillimeetri vaatluskeskuses (CSO), samuti optilist spektroskoopiat Keck I teleskoobiga (Wu jt 2012). Spitzeri kosmoseteleskoop sai kandidaate jälgida ka W1 ja W2 akendes.

Seejärel üritas meeskond kinnitada kandidaatidele mitmeid erinevaid galaktika malle, et proovida aru saada, mis toimub. Nad modelleerisid spektrienergia jaotust (SED), mis näitab, kui energiline objekt on erinevatel lainepikkustel. Nende võimaluste loendisse kuulusid kvasarid, tolmutorje AGN-de ümber, tähepuruga galaktikad nagu Arp 220, DOG-id ja hübriidne AGN-i tähepurskega galaktika Markarian 231.

Joonis 5, Wu et al. SED-malle näidatakse võrreldes vaadeldava kandidaadi W12dropi tegelike andmetega (siniste joontega ühendatud mustad punktid). Tolmutorus sobib hästi, välja arvatud madala lainepikkuse korral.

Tärnipurske mudelid olid kohutavad ja kuigi AGN-i sobivused olid pisut paremad, ei sobinud isegi tolmu toorumall kõik peamised omadused: suhteliselt nõrk alam-millimeetri emissioon, võimsuse seadus SED keskmise infrapuna lainepikkuse korral ja siis väike muhk, ka keskmises infrapunas. SED-s oli tipp ka lühematel lainepikkustel kui teistes galaktikates - see viitab kuumale tolmule 60–120 K. SED-mudelid näitasid ka, et W12dropsid olid umbes 10–20 korda heledamad kui DOGid, SMGd või mis tahes varem- teadaolevat tüüpi galaktikat vahemikus z ~ 2–3. Vähemalt üks kandidaat ületas hämmastava 100 triljoni päikesevalguse.

Kui võimas kuum KOER võib olla?

Enne kui räägime sellest, kuidas W12drops sobib meie galaktikate evolutsioonimudelitega, räägime sellest äärmuslikust kandidaadist (Eisenhardt jt 2012). Lühidalt tuntud kui WISE 1814 + 3412, uuris seda kõigepealt sama rühm, kes analüüsis W12dropi galaktikaid tervikuna. Kandidaadi analüüsimine osutus keerukaks, kuna tegelikult oli üksteise lähedal neli põhikomponenti, märgistusega A kuni D. Komponent B on interlopeerija - Punane kääbus Linnutee sees -, samas kui ülejäänud kolmel komponendil on punanihked z ~ 2.45. A- ja D-spektrid näitavad niinimetatud Lymani purunemisgalaktikaid, mis on teatud tüüpi suure punanihkega tähte moodustav galaktika, samas kui C näib olevat traditsiooniline kvaasar.

Joonis 5, Eisenhardt jt. WISE 1814 + 3412 neli komponenti on nähtavad, kuid huvi pakkuv allikagalaktika on tõepoolest ainult komponent A.

Täiendav analüüs näitab, et komponent A vastutab suurema osa emissiooni eest ja vastab seega tõepoolest WISE 1814 + 3412-le. Kuna puuduvad tõendid gravitatsioonilise läätse kohta, on selle äärmine heledus omane. Ligikaudu 10% selle heledusest tuleb tähtedelt, ülejäänud aga näib olevat pärit AGN-ist. Selle galaktika häda on see, et mõned tüüpilised AGN-i spektriomadused puuduvad, ehkki raadioemissioon suurendab tõenäosust, et see seletus on õige.

Meie galaktika parim mudel sisaldab paarsada miljardit tähtede päikesemassi, mis moodustusid umbes ühe miljardi aasta jooksul. AGN-i toiteallikaks on üks miljard päikesemassi - must auk - palju suurem kui Linnutee keskel, kuid kindlasti mitte kõige massiivsem teadaolev. Huvitav on see, et heleduse ja musta augu massi suhe ei sobi teadaolevate suhetega. Võimalik lahendus on see, et AGN-i aktiivsus on domineeriv, kuna tähtede moodustumine ei ole veel täielikult taastunud, kuid see tekitab ULIRG-i evolutsioonimudelites probleeme. Vaatamata sellele näib WISE 1814 + 3412 olevat kuum KOER - selles on palju kokku lepitud.

Joonis 7, Wu et al. W1814 + 3412 koos paljude teiste ULIRG-dega, mis näitavad selget tolmu tähist erinevalt Markarian 231, Arp 220 või muude omapäraste galaktikate leiutistest. Kuumad koerad on selgelt eraldi rühm.

Kuhu nad sobivad ULIRG-i evolutsiooniga?

KOERAD ise saab klassifitseerida vastavalt nende SED-dele. Üks suurem alampopulatsioon näitab oma SED-i põrkumist vahemikus 3–10 μm, teine ​​näitab selget võimuõigust IR-i keskel. Arvatakse, et need kaks on KOIRE evolutsiooni erinevad etapid; põrutavatel koertel on endiselt märkimisväärne tähtede moodustamise aktiivsus, samal ajal kui võimuseadusega koertel on AGN-id, mille võimsus kasvab. Selles raamistikus oleksid W12dropi galaktikad niinimetatud “kuumad DOGid”, millel kõigil oleks äärmiselt võimas AGN, mida ümbritsevad suured tolmukogused. Kuid SED-id vajavad endiselt külma tolmu panust, mis näitab, et tähtede moodustumine on endiselt tugev.

Mis on tõeliselt põnev, tähendab see, et kuumad koerad võivad paikneda LIRG evolutsioonijada võtmekohas. Mõned rühmad on teoorias mõelnud, et paljudest neist galaktikatest saavad SMG-d, millel on muljetavaldavad tähepurustused, enne kui nad muutuvad DOG-ideks, kui AGN-i aktiivsus suureneb. Kuumad koerad võivad paikneda jada kõige otsas, WISE 1814 + 3412 on kummaline erand. Loodetavasti saame nende koha ULIRG-i arengust parema ettekujutuse, kui mõistame üksikasjalikumalt SMG-de ja DOG-ide suundumusi. Ehk saavad raadiovaatlused AGN-i tegevusele veelgi rohkem valgust anda.

Kunstniku mulje WISE J224607.57–052635.0-st, mis on ULIRG ja ühtlasi ka kõige heledam galaktika. Võimalik, et see sulandub aktiivselt teiste galaktikatega, toites oma keskmist supermassiivset musta auku.