În astronomie , o galaxie activă este o galaxie care găzduiește un nucleu activ (mai precis nucleu activ de galaxie , prescurtat NAG sau AGN după termenul englezesc Nucleu galactic activ ). Acest nucleu este o regiune compactă situată în centrul galaxiei și a cărei luminozitate este mult mai intensă decât în mod normal în cel puțin o parte a spectrului electromagnetic ( unde radio , infraroșu , lumină vizibilă , ultraviolete , raze X și / sau gamma raze ), cu caracteristici care arată că această luminozitate puternică nu este de origine stelară. Radiația din NAG ar rezulta teoretic din acumularea unei găuri negre supermasive situate în centrul galaxiei gazdă. NAG-urile sunt cele mai strălucitoare surse continue de radiații electromagnetice din univers și, ca atare, permit detectarea obiectelor îndepărtate; evoluția lor ca funcție a timpului cosmic constituie, de asemenea, constrângeri asupra modelelor cosmologice .
Multă vreme , S-a susținut că NAG-urile ar trebui alimentate prin acumulare în jurul găurilor negre masive (variind de la 10 6 până la 10 10 mase solare ). NAG-urile sunt atât compacte, cât și extrem de luminoase pe perioade lungi: acumularea poate provoca o conversie eficientă a energiei potențiale și cinetice ; găurile negre masive au o limită ridicată de Eddington , ceea ce poate explica latura durabilă a unei astfel de străluciri a nucleului. Se crede că găurile negre supermasive nu există sistematic în centrul unei galaxii masive: masa unei găuri negre se corelează îndeaproape cu dispersia de viteze sau luminozitatea bulbului galactic . Astfel, caracteristicile NAG-urilor sunt observate ori de câte ori o anumită cantitate de materie se apropie de sfera de influență a găurii negre centrale.
În modelul standard al NAG, materialele reci situate în apropierea găurii negre centrale formează un disc de acumulare . Spectrul așteptat pentru discul de acumulare al unei găuri negre supermasive prezintă un vârf de lumină ultravioletă și vizibilă ; în plus, o coroană de material fierbinte se formează deasupra discului de acumulare și poate provoca împrăștierea Compton inversă mai mare decât energia cu raze X. Radiațiile de pe discul de acumulare excită materialele atomice reci din apropierea găurii.negru. O mare parte din ieșirea primară a unui NAG poate fi ascunsă de praf sau gaz în apropierea discului de acumulare. Acestea absorb radiația și o re-emit la alte lungimi de undă , cel mai adesea sub formă de infraroșu .
Unele discuri de acumulare produc jeturi , o pereche de „grinzi” de material extrem de rapide care apar în apropierea discului (direcția jetului poate fi determinată fie de impulsul unghiular al axei discului, fie de axa de rotație a găurii negre) . Mecanismele de producție a jetului și compoziția sa la scări mici sunt încă puțin înțelese, deoarece observațiile nu pot distinge variații între diferite modele teoretice. Sunt vizibile în special în zona undelor radio ; Interferometria foarte lung de bază pot fi folosite pentru a studia radiațiile care emit pe distanțe de mai puțin parsec . Cu toate acestea, acestea sunt vizibile pe toate lungimile de undă , variind de la undele radio până la razele gamma , în special datorită dispersării inversă a Compton . NAG-urile care produc jeturi au astfel o a doua sursă (potențială) de emisii continue.
În cele din urmă, este important să rețineți că există o categorie de soluții „ineficiente din punct de vedere radiativ” la ecuațiile referitoare la acumulare. Cea mai cunoscută dintre acestea este acreția dominată de fluxul de advecție . În acest tip de acreție, materia care face obiectul acreției nu formează un disc subțire și, prin urmare, nu propulsează energia pe care a dobândit-o în timp ce se deplasa în apropierea găurii negre. Existența acestui tip de acreție ar putea explica lipsa de putere a radiațiilor emise de gaura neagră supermasivă situată în centrul anumitor galaxii eliptice . Altfel, ne-am aștepta ca ratele ridicate de acumulare să corespundă luminozităților ridicate. NAG-urile ineficiente din punct de vedere radiațional ar putea explica, de asemenea, lipsa multor alte caracteristici pe unele NAG-uri echipate cu un disc de acumulare.
Nu există o semnătură observațională unică pentru NAG-uri. Lista de mai jos reunește câteva elemente importante care au permis identificarea sistemelor ca NAG-uri.
Nucleii activi ai galaxiei sunt, în general, împărțiți în două clase: radio-silențios ( radio-silențios în engleză) și radio-noisants ( radio-tare în engleză). În obiectele celei de-a doua categorii, jeturile și lobii pe care îi umflă contribuie în mare măsură la luminozitatea galaxiei, cel puțin în domeniul radio. Obiectele radio-silențioase sunt mai simple, deoarece jeturile și emisiile subiacente pot fi neglijate.
Modelele NAG unificate grupează 2 sau mai multe clase de obiecte, bazate pe clasificări observaționale tradiționale, propunând că există într-adevăr un singur tip de obiect fizic observat în condiții diferite. Cele mai favorizate modele unificate până în prezent sunt „modelele bazate pe orientare”. Acestea sugerează că diferențele aparente dintre aceste tipuri de obiecte se datorează pur și simplu orientărilor diferite cu privire la linia de vedere a observatorului.
La luminozități reduse, obiectele care urmează să fie unificate sunt galaxiile Seyfert. Modelele unificate propun ca Seyfert 1 să fie observate cu o vedere directă asupra nucleului activ; pe măsură ce vedem miezul Seyfert 2 prin structuri obscure, care modifică liniile de emisie pe care le observăm pe Pământ. Ideea de bază a modelelor de acreție dependentă de orientare este că două obiecte, aparent aparținând unor categorii diferite, pot aparține aceluiași dacă sunt observate prin diferite linii de vedere. Imaginea standard constă dintr-un tor din material opac care înconjoară discul de acumulare. Trebuie să fie suficient de gros pentru a ascunde liniile largi, dar suficient de subțire pentru a permite trecerea liniilor înguste, care sunt observate în ambele clase de obiecte. Un astfel de tor a fost observat pentru prima dată în jurul nucleului activ al galaxiei Cygnus A ; diametrul său ar fi de 528 buc și înălțimea sa de 286 buc . Seyfert 2 sunt văzute prin acest tor. La exteriorul acestui tor sunt materiale capabile să devieze o parte din emisiile nucleare către linia noastră de vedere, ceea ce ne permite să observăm anumite emisii de raze X și lumină vizibilă și, în unele cazuri, raze de lumină. acestea sunt apoi puternic polarizate, arătând că au fost deviate și dovedind că unele Seyfert 2 „conțin” de fapt un Seyfert 1 ascuns. Observațiile în infraroșu susțin această teorie.
La luminozități mai puternice, quasarele iau locul lui Seyfert 1, dar „quasarele 2” corespunzătoare sunt ipotetice până în prezent. Dacă nu au componenta deviată a Seyfert 2, vor fi dificil de detectat, în afară de liniile fine și razele X puternice.
Din punct de vedere istoric, lucrările privind unificarea obiectelor radio-zgomotoase s-au concentrat pe quasarii radio-zgomotoși foarte luminoși. Acestea pot fi combinate prin liniile lor de emisie înguste într-un mod analog cu unificarea Seyfert 1 și 2 (dar fără complicația componentei reflectorului: radiogalaxii care emit linii înguste nu prezintă emisiile nucleare continue sau fluxul de raze X reflectat, deși ocazional emit linii largi polarizate). Structurile radio la scară largă ale acestor obiecte au furnizat dovezi că modelele de unificare bazate pe orientare sunt adevărate. Când sunt disponibile, dovezile furnizate de observațiile cu raze X susțin teza unificării: galaxiile radio prezintă dovezi de obscuritate de către un tor al materiei, în timp ce quasarii nu. Cu toate acestea, trebuie avut grijă ca obiectele radio-zgomotoase să aibă și o componentă legată de jeturile mici, de aceea este necesar să se recurgă la o rezoluție înaltă pentru a separa emisiile termice de gazele fierbinți pe scară largă. În unghiuri mici față de linia de vedere, jeturile domină imaginea și putem vedea câteva soiuri de blazar.
Cu toate acestea, majoritatea radiogalaxiilor sunt obiecte slabe și slab excitate. Acestea nu prezintă linii puternice de emisii optice de origine nucleară - indiferent dacă sunt înguste sau largi -, au o linie continuă în optică, care se întâmplă să fie în întregime relativă la jet, iar emisia lor în razele X provine și de la jet. Aceste obiecte nu pot fi unificate cu quasare, deși includ obiecte foarte luminoase în domeniul radio, deoarece torul nu va putea niciodată să mascheze regiunea liniilor înguste în măsura necesară și, de asemenea, deoarece studiile în infraroșu arată că „nu au o componentă nucleară ascunsă. De fapt, nu există absolut nicio dovadă a existenței unui tor în aceste obiecte. Prin urmare, formează foarte probabil o clasă separată în care contează doar emisiile legate de jeturi. La unghiuri mici ale liniei de vedere, ele vor apărea ca obiecte BL Lac.
Multă vreme, galaxiile active au deținut recordul pentru cea mai mare deplasare la roșu , datorită luminozității lor ridicate (atât în optică, cât și în unde radio): au încă un rol de jucat în studiul începuturilor universului . Cu toate acestea, știm acum că NAG-urile oferă în mod inerent o imagine foarte părtinitoare a galaxiei „tipice” cu redshift ridicat.
Studiul evoluției populațiilor NAG este mai interesant. Majoritatea claselor luminoase NAG (radio-tăcute și radio-zgomotoase) par să fi fost mult mai numeroase în tânărul univers. Acest lucru sugerează că găurile negre masive s-au format relativ devreme și că condițiile pentru formarea NAG-urilor luminoase erau mai ușor disponibile în primele zile ale universului - de exemplu, în centrul galaxiilor era mult mai mult gaz rece decât era. acum nu există. Acest lucru implică, de asemenea, că un număr mare de obiecte care au fost quasare luminoase sunt mult mai puțin sau chiar aproape întunecate. Evoluția populațiilor NAG cu lumină slabă este mult mai puțin limitată din cauza dificultății de a detecta și observa aceste obiecte la schimbări mari de roșu.