Die Kinematik von ionisiertem Gas in AGNs

Galaxien, die einen zentralen Bulge haben, beinhalten normalerweise ein supermassives schwarzes Loch in ihrem Kern. Wenn dieses schwarze Loch Materie aus seiner Umgebung anzieht, entsteht eine Struktur, die als Aktiver galaktischer Kern (AGN) bekannt ist. Dieser Prozess setzt Energie in Form von Strahlung, Jets und Ausströmungen frei. Die Energie kann mit dem Gas im Zentrum der Galaxie interagieren und sogar auf grösseren Skalen wirken, was die Wirtsgalaxie erheblich beeinflusst. Diese Interaktion wird oft als Feedback bezeichnet.

Feedback kann entweder die Sternentstehung unterdrücken, indem es das Gas erhitzt und hinausdrängt, oder in manchen Fällen fördern, indem es die Sternentstehung auslöst und den umgebenden Raum zwischen den Galaxien beeinflusst.

In starken AGNs kann die Interaktion mit dem umliegenden Gas zu Störungen in der Gasbewegung führen, die als Ausströmungen oder erhöhte Geschwindigkeiten in bestimmten Bereichen beobachtet werden können. Um zu verstehen, wie diese Interaktionen funktionieren, untersucht man die Gasdynamik, wobei der Fokus auf der ionisierten Gasphase liegt, unter Verwendung spezifischer Emissionslinien wie [Oiii] 5007.

Umfragen wie die MaNGA (Mapping Nearby Galaxies at Apache Point Observatory) haben es Wissenschaftlern ermöglicht, eine signifikante Anzahl von Galaxien zu analysieren und Daten über ihre Gasdynamik und die Beziehung zur AGN-Aktivität bereitzustellen.

In diesem Artikel untersuchen wir die Kinematik von ionisiertem Gas in 293 AGN-Wirtsgalaxien und vergleichen sie mit 485 nicht-aktiven Kontrollgalaxien. Durch die Verwendung von Messungen der [Oiii]5007-Emissionslinie erstellen wir Karten von Fluss, Geschwindigkeit und W-Werten, die uns helfen, die Bewegungen und Störungen zu verstehen, die durch AGN erzeugt werden.

#Die Studie

#Stichprobenauswahl

Wir haben die Kinematik des ionisierten Gases in 293 AGN-Wirtsgalaxien untersucht, die aus der MaNGA-Umfrage ausgewählt wurden. Diese Galaxien wurden mit einer Kontrollgruppe von 485 nicht-aktiven Galaxien verglichen. Jede AGN-Wirt wurde mit zwei Kontrollgalaxien basierend auf ihren Eigenschaften, wie Galaxienform, Masse, Entfernung und ihrer Neigung relativ zu uns, abgeglichen.

Die AGN- und Kontrollgalaxien hatten Rotverschiebungen von 0.013 bis 0.15, mit typischen stellaren Massen zwischen 10^10 und 10^12 Sonnenmassen.

#Methoden der Datensammlung

Für diese Forschung konzentrierten wir uns auf die [Oiii]5007-Emissionslinie, die es uns ermöglicht, die Kinematik des ionisierten Gases zu untersuchen. Wir verwendeten eine Technik namens Gausssche Anpassung, um die Formen der Emissionslinien zu verstehen und wichtige Parameter wie Geschwindigkeit und Fluss abzuleiten.

Wir suchten speziell nach einer Verbreiterung in den Emissionslinien. Bei 45% der AGNs fanden wir heraus, dass eine breite Komponente erforderlich war, um die Linienprofile anzupassen. Diese breiten Komponenten wurden mit Ausströmungen identifiziert, während die verbleibenden AGNs breitere Profile als die Kontrollgalaxien in grösseren Bereichen zeigten, die wir Kinematisch Gestörte Regionen (KDRs) nannten.

#Ergebnisse

1. Gasstörung: Wir fanden einen positiven Zusammenhang zwischen den durchschnittlichen W-Werten (einem Mass für die Linienbreite) und der Helligkeit der [Oiii]-Linie, was darauf hindeutet, dass die KDRs das Ergebnis von Erhitzung und Turbulenzen im interstellaren Medium (ISM) sind, die durch AGN verursacht werden.

2. Umfang der Störung: Die KDRs konnten sich bis zu 24 kpc vom Zentrum erstrecken und erreichten ein durchschnittliches Verhältnis von 57% im Vergleich zur Extended Narrow Line Region (ENLR).

3. Flussraten und Energien: Wir schätzten die Gasflussraten und kinetischen Energien für die AGNs und fanden eine Korrelation zwischen diesen Werten und der AGN-Helligkeit.

4. Art der AGN: Die Mehrheit unserer AGNs war schwach hell, und wir stellten fest, dass selbst diese ihre Wirtsgalaxien über viele Kiloparsec hinweg beeinflussen können, was eine "Erhaltungsmodus"-Rückkopplung zeigt, die die Sternentstehung im Laufe der Zeit regulieren kann.

#Kinematik im Detail

In den meisten Galaxien mit zentralen schwarzen Löchern sind die Gasdynamiken komplex. Das Gas kann entweder geordnet um das schwarze Loch rotieren oder chaotische Bewegungen aufgrund von Störungen durch den AGN aufweisen. Der aktive Bereich um einen AGN ist oft sehr variabel, und die Kinematik kann sich erheblich ändern, je nachdem, wie hell der AGN ist.

Die Hauptbeobachtungen der Effekte, die in der Gasbewegung zu sehen sind, können als Ausströmungen kategorisiert werden, bei denen das Gas aufgrund der Energie des AGN ausgestossen wird, und als erhöhte Geschwindigkeitsstreuungen, die darauf hinweisen, dass das Gas sich unorganisiert bewegt.

#Historische Bedeutung

Das Verständnis der Auswirkungen von AGNs ist seit vielen Jahren ein Forschungsschwerpunkt. Frühere Studien haben festgestellt, dass die Rückkopplungseffekte von AGNs entweder die Sternentstehung in Wirtsgalaxien fördern oder unterdrücken können. Mächtige AGNs sind bekannt dafür, Gasausströmungen zu erzeugen, was zu Veränderungen in der Struktur und Bildung von Sternen in Galaxien führen kann.

Diese Studie erweitert den bestehenden Wissensstand, indem sie detaillierte Messungen darüber bereitstellt, wie schwach hell AGNs ebenfalls erheblich ihre Wirtsgalaxien durch kinetische Prozesse beeinflussen können.

#Kinematisch Gestörte Region (KDR)

Die KDR wird definiert als der Bereich um den AGN, in dem das Gas Bewegungen aufweist, die sich signifikant von dem unterscheiden, was aufgrund des Gravitationspotenzials der Galaxie zu erwarten wäre.

#Definition der KDR

In unserer Stichprobe haben wir die Grenzen für die KDR unter Verwendung des W-Wertes festgelegt, einem nicht-parametrischen Mass, das die Breite des Emissionslinienprofils angibt. Wir haben einen Schwellenwert basierend auf den durchschnittlichen W-Werten aus der Kontrollstichprobe plus einer Standardabweichung festgelegt.

#Erkenntnisse zum Umfang der KDR

1. Durchschnittlicher Umfang: Der durchschnittliche Umfang der KDR wurde auf etwa 4.1 kpc geschätzt, während die ENLR sich auf etwa 7.2 kpc erstreckte. Das zeigt, dass der Einfluss des AGN ziemlich weit in die Wirtsgalaxie hineinreichen kann.

2. Korrelation mit Helligkeit: Wir beobachteten einen Trend, dass die Entfernung, die der AGN auf die Galaxie ausübt, mit höherer Helligkeit zunimmt, was bedeutet, dass stärkere AGNs umfangreichere Auswirkungen haben.

3. Typ 1 vs Typ 2 AGN: Wir fanden keine signifikanten Unterschiede im Umfang der KDR zwischen Typ 1 und Typ 2 AGNs, was darauf hindeutet, dass die Störungen, die durch den AGN verursacht werden, isotrop sind, d.h. sie breiten sich in alle Richtungen aus, anstatt auf enge Jets beschränkt zu sein.

#Kinetische Auswirkungen von AGNs

#Massendurchflussrate und kinetische Energie

Wir schätzten die Massendurchflussrate und die kinetische Energie des Gases, das von den AGNs betroffen ist, mit zwei Hauptmethoden: einer basierend auf der breiten Komponente der [Oiii]-Emissionslinie und einer anderen, die auf dem W-Parameter für die gesamte AGN-Stichprobe basiert.

1. Methode der breiten Komponente: Für AGNs mit zwei Komponenten in ihren Emissionslinien berechneten wir Massendurchflussraten und kinetische Energien basierend auf den Eigenschaften der breiten Komponente.

2. Methode des W-Parameters: Die Verwendung des W-Parameters ermöglichte es uns, Störungen in einem umfassenderen Bereich zu berücksichtigen und die Effekte von Turbulenzen und Erhitzung durch die AGN-Strahlung zu erfassen.

3. Vergleich der Ergebnisse: Die beiden Methoden ergaben unterschiedliche Massendurchflussraten, wobei die W-Methode in der Regel zu höheren Werten führte. Das deutet darauf hin, dass der W-Parameter ein breiteres Spektrum an Störungen erfasst, einschliesslich derjenigen, die durch Turbulenzen und andere Bewegungsquellen verursacht werden.

#Kopplungseffizienz

Wir berechneten die kinetische Energie der AGN und fanden heraus, dass die Kopplungseffizienz relativ niedrig ist, im Durchschnitt etwa 0.02%. Das legt nahe, dass, obwohl die AGN-Aktivität ihre Wirtsgalaxien beeinflussen kann, es möglicherweise nicht ausreicht, um die Sternentstehung vollständig zu stoppen. Dennoch können kontinuierliche Störungen weiterhin langfristige Auswirkungen auf die Evolution der Galaxie haben.

#Fazit

In dieser Studie untersuchten wir die Kinematik von ionisiertem Gas in einer Stichprobe von 293 AGNs und verglichen sie mit einer Kontrollstichprobe von 485 nicht-aktiven Galaxien. Unsere Ergebnisse heben den erheblichen Einfluss hervor, den selbst schwach hell AGNs auf ihre Wirtsgalaxien haben können.

Wir massen die Störungen in der Gasbewegung und identifizierten eine kinematisch gestörte Region, die oft mehrere Kiloparsec weit reichte. Diese Arbeit liefert wertvolle Einblicke in das Verhalten von AGNs und ihre Rolle bei der Gestaltung der Dynamik ihrer Wirtsgalaxien.

Die Beziehung zwischen AGN-Helligkeit und den kinematischen Störungen sowie die definierte KDR legt nahe, dass AGNs eine entscheidende Rolle bei der Regulierung der Prozesse innerhalb ihrer Wirtsgalaxien spielen, oft in einem, was als Rückkopplung im Erhaltungsmodus beschrieben werden kann.

Die Ergebnisse dieser Studie betonen die Bedeutung des Verständnisses der kinematischen Effekte von AGNs, um ein umfassenderes Bild der Galaxie-Evolution und der Beziehung zwischen schwarzen Löchern und ihren Wirtsgalaxien über kosmische Zeit zu gewinnen.