Какво прави галактическите горещи DOG толкова горещи?

Звездни изблици, активни галактически ядра и други - тези странни преходни галактики имат всичко това. Какво става?

В галактически мащаби Вселената преди около единадесет милиарда години е била интересно място. С най-старите галактики вече на няколко милиарда години, мнозина сега преминаха през драматичен период на сблъсъци и сливания. В този процес големи количества газ се натрупват от свръхмасивни черни дупки, което води до появата на квазари и активни галактически ядра (AGNs), докато други междузвездни облаци породиха вълна от образуване на звезди.

NGC 5010 е близка лентикуларна галактика, която също е светеща инфрачервена галактика (LIRG) и братовчед с ниско червено изместване на някои изключително светли, затъмнени с прах галактики. Кредит за изображение: NASA / ESA / Hubble.

Говорейки спектроскопично, този период във Вселената съответства на червени смени в диапазона z ~ 2–3. Оказва се, че много от най-драматичните галактики с тези червени смени попадат в един от двата основни класа:

  • Сублимилиметрови галактики (SMGs), които превръщат стотици или хиляди слънчеви маси от газ в звезди всяка година. Те имат студен прах и показват силна емисия около 850 микрона.
  • Защитени от прах галактики (DOGs), които са в преходна фаза от това, че емисиите им са доминирани от звезди до емисиите им, доминирани от AGN.

Да научим как тези класове се свързват един с друг е наистина важно за нашето разбиране за това как най-масивните елиптични галактики растат и се развиват. Това означаваше, че астрономите бяха развълнувани, когато широколентовият инфрачервен проучвател (WISE) се появи още по-рядък и по-мощен тип галактика при тези червени смени. Познати в началото само като W1W2 отпаднали, оттогава им е дадено ново име - горещи DOGs - и са доказали, че са едни от най-светещите галактики във Вселената.

Как да намерим ULIRG?

WISE търси още примери за ултра светли инфрачервени галактики (ULIRG), които блестят на трилиони слънчеви светимости. Както SMGs, така и DOGs са специфични подгрупи на ULIRGs, които съществуват при z ~ 2–3 и се очакваше проучването WISE да доведе до примери за двете. Сателитът изследва цели в четири диапазона на дължината на вълната, обозначени W1 до W4, което съответства на дължини на вълните съответно от 3,4, 4,6, 12 и 22 µm. ULIRG трябва да бъдат ясно видими в прозорците W3 и W4, но много слаби в W1 и W2.

Фигура 1, Wu et al. Избор от горещи DOGs, както се вижда от WISE.

Със сигурност се появиха редица галактики, които съответстваха на тези критерии и бяха категоризирани като W1W2-отпадащи - W12drops за кратко. Мнозина имаха червени смени на z ~ 2–3. Заинтригувани, астрономите извършиха последващи инфрачервени наблюдения в Калифорнийската подмилиметрова обсерватория (CSO), както и оптична спектроскопия на телескопа Keck I (Wu et al. 2012). Космическият телескоп Spitzer също успя да наблюдава кандидатите в прозорците W1 и W2.

След това екипът се опита да приспособи редица различни шаблони за галактика към потвърдените кандидати, за да се опита да разбере какво става. Те моделираха нещо, наречено спектрално разпределение на енергията (SED), което показва колко енергичен обект е на различни дължини на вълната. Списъкът им от възможности включваше квазари, прахови тории около AGNs, галактики на звездното избухване като Arp 220, DOGs и хибридната AGN-звездна избухлива галактика Markarian 231.

Фигура 5, Wu et al. Шаблоните на SED са показани в сравнение с действителните данни за наблюдавания кандидат W12drops (черни точки, свързани със сини линии). Праховият торус е подходящ, освен при ниски дължини на вълната.

Моделите на звездното избухване бяха ужасни и въпреки че приспособленията на AGN бяха малко по-добри, дори шаблонът на праховия торус не можеше да отговаря на всички ключови характеристики: сравнително слаба субмилиметрова емисия, мощност на SED при средна инфрачервена дължина на вълната и след това малка подутина, също в средната инфрачервена. Имаше и пик на SED при по-къси дължини на вълната, отколкото в други галактики - показателно за горещ прах от 60–120 K. Моделите SED също показаха, че W12drops са около 10–20 пъти по-светещи от DOG, SMG или каквито и да било, известен тип галактика при z ~ 2–3. Поне един кандидат надхвърляше изумителните 100 трилиона слънчеви светимости.

Колко мощен може да бъде горещ DOG?

Преди да поговорим за това как W12drops се вписват в нашите модели на еволюция на галактика, нека да поговорим за този краен кандидат (Eisenhardt et al. 2012). Известен като WISE 1814 + 3412 накратко, за първи път е проучен подробно от същата група, която анализира галактиките W12drop като цяло. Анализът на кандидата се оказа труден, тъй като всъщност имаше четири основни компонента близо един до друг, означени от A до D. Компонент B е интерлопер - червено джудже в Млечния път - докато другите три компонента изглежда имат червени смени на z ~ 2.45. Спектрите на A и D са показателни за т. Нар. Галактики за разрушаване на Лиман, особен тип високочервени изместващи звездообразуващи галактики, докато C изглежда е традиционен квазар.

Фигура 5, Eisenhardt et al. Четирите компонента на WISE 1814 + 3412 са видими, но само компонент A наистина е интересната галактика.

По-нататъшният анализ показва, че компонент А е отговорен за по-голямата част от емисиите и следователно наистина отговаря на WISE 1814 + 3412. Без никакви доказателства за гравитационно обективиране, неговата изключителна яркост е присъща. Около 10% от светимостта му идва от звезди, докато по-голямата част от останалото изглежда е от AGN. Проблемът с тази галактика е, че някои типични AGN спектрални характеристики липсват, въпреки че радиоизлъчването добавя към вероятността това обяснение да е правилно.

Най-добрият ни модел на галактиката включва няколкостотин милиарда слънчеви маси от звезди, които са се образували за около един милиард години. AGN се захранва от един милиард слънчева маса - черна дупка - много по-голяма от тази в центъра на Млечния път, но със сигурност не е най-масовата известна. Интересното е, че съотношението на светимост към масата на черната дупка не отговаря на известните отношения. Възможно решение е, че активността на AGN е доминираща, тъй като образуването на звезди все още не е набрало напълно, но това създава проблеми за еволюционните модели на ULIRG. Независимо от това, WISE 1814 + 3412 изглежда е горещ DOG - много е договорено.

Фигура 7, Wu et al. W1814 + 3412, заедно с селекция от други ULIRG, показващи ясна индикация за прах за разлика от този, открит в Markarian 231, Arp 220, или други особени галактики. Горещите DOGs очевидно са отделна група.

Къде се вписват в еволюцията на ULIRG?

Самите DOG могат да бъдат класифицирани според техните SED. Една основна популация показва неравностойност в техните SED от 3–10 μm, а друга показва ясен закон за мощността в средата на IR. Смята се, че двете са отделни етапи от еволюцията на DOG; BOG DOG все още имат значителна звездообразуваща активност, докато power-law DOGs имат AGN, които нарастват във властта. В тази рамка галактиките W12drop биха били така наречените „горещи DOGs“, всяка с изключително мощен AGN, заобиколен от големи количества прах. Въпреки това, SED все още се нуждаят от принос от студен прах, което показва, че образуването на звезди все още е силно.

Това, което е наистина вълнуващо, е, че това означава, че горещите DOGs могат да лежат в ключова точка в еволюционната последователност на LIRG. Някои групи са теоретизирали, че много от тези галактики стават SMGs с впечатляващи звездни изблици, преди да станат DOGs, когато AGN активността се увеличи. Горещите DOGs могат да лежат в далечния край на последователността, като WISE 1814 + 3412 е странно изключение. Да се ​​надяваме, че можем да получим по-добра представа за тяхното място в развитието на ULIRG, като разберем по-подробно тенденциите зад SMG и DOGs. Може би радио наблюденията могат да хвърлят още повече светлина върху активността на AGN.

Впечатление на художника от WISE J224607.57–052635.0, ULIRG, а също и от най-светещата галактика, известна. Може да се слива активно с други галактики, захранвайки централната му супермасивна черна дупка.