O impacto da retro-alimentação de buracos negros supermassivos nas suas galáxias hospedeiras

Abstract

Frequentemente associados à regulação da formação estelar nos núcleos galácticos ativos (AGN), os buracos negros supermassivos (SMBH) desempenham um papel fundamental na evolução das galáxias através de seus efeitos de feedback (retro-alimentação). Para investigar o impacto deste feedback no modo radiativo – causado por fótons energéticos durante o processo de acreção de matéria – analisamos, em um trabalho anterior, imagens de banda estreita obtidas com o Hubble Space Telescope (HST) de uma amostra de nove AGNs do tipo II com luminosidades bolométricas LBol > 1045 erg s−1 , no qual encontramos que o gás emissor de linhas estreitas (ENLR) se estende além do corpo da galáxia, sugerindo um feedback poderoso do AGN através da ejeção de gás a grandes distâncias do núcleo. No entanto, para verificar se há mesmo ejeção de gás nesses objetos, e quantificar o seu efeito sobre a galáxia, precisamos mapear a cinemática do gás, e assim calcular a taxa de ejeção de massa e a sua potência cinética. Para isto, observamos parte de nossa amostra usando observações de espectroscopia de campo integral com o instrumento Gemini GMOS-IFU, num total de oito objetos. A cinemática do gás foi obtida através do ajuste de componentes Gaussianas aos perfis das linhas de emissão do gás ionizado. Em geral, além de uma componente larga (broad), foram necessárias mais de duas componentes estreitas (narrow) para representar os perfis da NLR. Encontramos que a cinemática das componentes narrow é bem complexa, condizente com a presença de interações com galáxias vizinhas, previamente observado nas imagens do HST. Associamos a componente broad ao gás em outflow: esta componente possui valores de dispersão de velocidade de até 850 km s−1 , o que reforça a identificação dessa componente com o gás perturbado em ejeção. Utilizando apenas a componente broad, calculamos a taxa de massa de gás ionizado em outflow (M˙ out), encontrando valores de até 10 M yr−1 . A potência cinética do outflow (E˙ out) atinge valores máximos entre 1041 e 1043 erg s−1 , o que corresponde a eficiências de feedback de ∼ 0.001 − 0.1 % da LBol. Estes valores estão abaixo dos encontrados em simulações e modelos analíticos que reproduzem os efeitos da cessação da formação estelar durante a evolução das galáxias. Entretanto, nossos cálculos consideram somente a contribuição ao outflow do gás ionizado, que representa apenas uma fração da energia liberada pelo feedback. Investigamos também a relação de M˙ out e E˙ out com LBol, e o efeito das incertezas em algumas grandezas – como a densidade e a massa total do gás ionizado em outflow – nos valores finais de M˙ out e E˙ out.

Often associated with the regulation of star formation in active galactic nuclei (AGN), supermassive black holes (SMBH) play a fundamental role in the evolution of galaxies through their feedback effects. To investigate the impact of this feedback in the radiative mode – caused by energetic photons during the process of accretion of matter – we analyzed, in a previous work, narrow-band images obtained with Hubble Space Telescope (HST) of a sample of nine type II AGNs with bolometric luminosities LBol > 1045 erg s−1 . There, we found that the gas emitting narrow lines (ENLR) extends beyond the body of the galaxy, suggesting a powerful AGN feedback through gas ejection to large distances from the nucleus. However, to check if there is even an outflow in these objects, and to quantify its effect on the galaxy, we need to map the gas kinematics, and then calculate the mass outflow rate and its kinetic power. For this, we observed part of our sample using integral field spectroscopy observations with the Gemini GMOS-IFU instrument, for a total of eight objects. The gas kinematics was obtained by fitting Gaussian components to the profiles of the emission lines of the ionized gas. In general, in addition to a broad component, more than two narrow components were required to represent the NLR profiles. We found that the kinematics of the narrow components are quite complex, consistent with the presence of interactions with nearby galaxies, previously observed in the HST images. We associate the broad component with the gas in outflow: this component has velocity dispersion values up to 850 km s−1 , which reinforces its identification with the disturbed gas in the outflowing winds. Using only the broad component, we calculate the mass outflow rate (M˙ out), finding values of up to 10 M yr−1 . The outflow kinetic power (E˙ out) reaches maximum values between 1041 and 1043 erg s−1 , which corresponds to feedback efficiencies of ∼ 0.001 − 0.1 % of LBol. These values are below those found in simulations and analytical models in order to quench star formation during the evolution of galaxies. However, our calculations consider only the contribution from the ionized gas to the outflow power, which represents only a fraction of the total power released by the feedback. We also investigated the relationship of M˙ out and E˙ out with LBol, and the effect of uncertainties on the values of some quantities – such as the electron density and the mass of the ionized gas in outflow – to the final values of M˙ out and E˙ out.