Alimentação e retroalimentação de núcleos ativos de galáxias a partir do survey MaNGA

Abstract

Há evidências robustas de que uma fração significativa (≈,10%) das galáxias no Universo abriga buracos negros supermassivos (SMBH, do inglês supermassive black holes) em seus núcleos, que capturam massa via um disco de acreção. No Universo local, a taxa de acreção é predominantemente baixa (≤ 10−3 M⊙,ano−1 ) em comparação com aquelas observadas no Universo distante. Essas galáxias são conhecidas como galáxias ativas, ou aquelas que hospedam Núcleos Ativos de Galáxias (AGNs, do inglês Active Galactic Nuclei). O objetivo deste estudo é investigar a relação dos AGNs em suas galáxias hospedeiras, tanto em termos de processos de feedback quanto de feeding. Para alcançar este objetivo, realizamos uma análise detalhada da cinemática do gás ionizado em uma amostra de 298 AGNs e uma amostra de 485 galáxias de controle não ativas, utilizando dados do levantamento MaNGA. Também exploramos a relação entre a formação estelar e a atividade nuclear. A partir da análise dos perfis da linha de emissão [Oiii]λ5007˚A, ajustados com componentes estreitas e largas, observamos diferenças significativas na largura de linha (W80) entre galáxias ativas e de controle, com um aumento médio de 238 km/s nos AGNs. Definimos as Regiões Cinematicamente Perturbadas (KDRs, do inglês Kinematically Disturbed Regions) como as regiões que apresentam valores elevados de W80, impulsionados pela atividade do AGN, e comparamos sua extensão com a das Regiões Estendidas de Linhas Estreitas (ENLRs, do inglês Extended Narrow-Line Regions) — regiões estendidas ionizadas pelo AGN. Constatamos que a extensão média das KDRs é 55% menor do que a das ENLRs. Estimativas das taxas de ejeção de massa do gás ionizado e de suas potências cinéticas indicam que mesmo AGNs de baixa luminosidade exercem um impacto significativo no gás circundante. Apesar da baixa eficiência de acoplamento entre a energia cinética dos fluxos de saída e a luminosidade do AGN (inferior a 0,01%), a ampla extensão das KDRs corrobora a presença de um feedback em “modo de manutenção” (maintenance mode), que aquece o gás e retarda gradualmente a formação estelar. Além disso, examinamos a taxa de formação estelar (SFR, do inglês Star Formation Rate) nas galáxias hospedeiras de AGNs em comparação com a amostra de controle de galáxias não ativas, utilizando modelos de síntese de populações estelares. Identificamos um excesso de formação estelar nas regiões circumnucleares das galáxias ativas em relação às galáxias de controle, com os AGNs apresentando tipicamente uma SFR duas vezes maior do que as galáxias de controle. Esses resultados sugerem que o gás que alimenta o buraco negro supermassivo também impulsiona a formação estelar circumnuclear, revelando um equilíbrio delicado entre os processos de feeding e feedback nos AGNs. Também derivamos uma nova ”Sequência Principal de Formação Estelar”(SFMS, do inglês Star Formation Main Sequence) a partir dos dados do MaNGA, mostrando que os AGNs estão ligeiramente abaixo dessa sequência principal, corroborando estudos anteriores. Contudo, as galáxias de controle encontram-se ainda mais afastadas da sequência principal, indicando que essa posição abaixo da sequência principal não é devida exclusivamente à atividade nuclear em andamento, contrariando o que tem sido argumentado em muitos artigos da literatura.

There is robust evidence that a significant fraction (≈ 10%) of galaxies in the Universe hosts supermassive black holes at their nuclei capturing mass via an accretion disk. In the near Universe, the accretion rate is mostly low (≤ 10−3 M⊙ yr−1 , as compared to those in the distant Universe. These galaxies are known as active galaxies, or harboring Active Galactic Nuclei (AGN). This study aims to investigate the relation of AGN on their host galaxies, both in terms of feedback and feeding processes. To achieve this, we conducted a detailed analysis of the ionized gas kinematics in a sample of 298 AGN and a sample of 485 control galaxies non-active using data from the MaNGA survey. We also explored the relationship between star formation and nuclear activity. From the analysis of the [Oiii]λ5007˚A emission line profiles, fitted with narrow and broad components, we observed significant differences in the line width (W80) between active and control galaxies, with an average increase of 238 km/s in AGN. We defined Kinematically Disturbed Regions (KDRs) as the regions that show increased W80 values driven by AGN activity and compare its extent with that of the Extended Narrow-Line Regions (ENLRs) - extended regions ionized by the AGN. We found that the average extent of KDRs is 55% smaller than that of ENLRs. Estimates of the ionized gas mass outflow rates and their corresponding kinetic powers indicate that even low-luminosity AGN have a significant impact on the surrounding gas. Despite the low coupling efficiency between the kinetic energy of the outflows and the AGN luminosity (less than 0.01%), the wide extent of the KDRs supports the presence of a ”maintenance mode”feedback, which heats the gas and gradually delays star formation. Additionally, we examined the star formation rate (SFR) in AGN host galaxies compared to that in the control sample of non-active galaxies using stellar population synthesis models. We identified an excess of star formation in the circumnuclear regions of active galaxies relative to the control galaxies – AGN having typically 2 times higher SFR than the control galaxies. These results suggest that the gas feeding the supermassive black hole also drives circumnuclear star formation, revealing a delicate balance between feeding and feedback processes in AGN. We have also derived a new “Star Formation Main Sequeence”(SFMS) from the MaNGA data, showing that the AGN are somewhat below this main sequence, supporting previous studies. But the control galaxies are further below the main sequence, showing that this loci, below the main sequence is not due to the on-going nuclear activity, contrary to what has been argued in many papers in the literature.