ما الذي يجعل الكلاب الساخنة المجرة الساخنة جدا؟

الانفجار النجمي ، النوى المجرية النشطة ، وأكثر من ذلك - هذه المجرات الانتقالية الغريبة لديها كل شيء. ماذا يحدث هنا؟

على المقاييس المجرية ، كان الكون منذ حوالي أحد عشر مليار سنة مكانًا مثيرًا للاهتمام. مع أقدم المجرات بالفعل منذ عدة مليارات من السنين ، كان الكثير منها يمر الآن بفترة دراماتيكية من الاصطدامات والاندماجات. خلال هذه العملية ، تراكمت كميات هائلة من الغاز من خلال الثقوب السوداء الفائقة الكتلة ، مما أدى إلى ظهور أشباه النجوم ونوى المجرة النشطة (AGNs) ، في حين أن السحب بين النجوم الأخرى ولدت موجة من تكوين النجوم.

NGC 5010 هي مجرة ​​عدسي قريبة وهي أيضًا مجرة ​​تعمل بالأشعة تحت الحمراء (LIRG) ، وابن عم منخفض الانحدار في بعض المجرات شديدة السطوع شديدة الانحدار ذات الغطاء الأحمر. الصورة الائتمان: ناسا / وكالة الفضاء الأوروبية / هابل.

بالحديث الطيفي ، تتوافق هذه الفترة في الكون مع الانزياحات الحمراء في النطاق z ~ 2-3. اتضح أن العديد من المجرات الأكثر دراماتيكية مع هذه الانزياحات الحمراء تنقسم إلى واحدة من فئتين رئيسيتين:

  • المجرات شبه المليمترية (SMG) ، التي تحول مئات أو آلاف كتل الغاز الشمسية إلى نجوم كل عام. لديهم غبار بارد ، وتظهر انبعاثات قوية حول 850 ميكرون.
  • المجرات المحاطة بالغبار (DOGs) ، والتي تمر بمرحلة انتقالية من السيطرة على انبعاثها بواسطة النجوم إلى انبعاثها بواسطة AGN.

إن معرفة كيفية ارتباط هذه الفئات ببعضها البعض أمر مهم حقًا لفهمنا لكيفية نمو وتطور وتطور المجرات الإهليلجية. وهذا يعني أن علماء الفلك كانوا متحمسين عندما قام مستكشف المسح بالأشعة تحت الحمراء على نطاق واسع (WISE) بإنتاج نوع من المجرات الأكثر ندرة وقوة في هذه الانزياحات الحمراء. المعروف في البداية فقط باسم المتسربين W1W2 ، ومنذ ذلك الحين حصلوا على اسم جديد - DOGs الساخنة - وثبت أنها واحدة من أكثر المجرات مضيئة في الكون.

كيف نجد ULIRGs؟

كان WISE يبحث عن المزيد من الأمثلة على مجرات الأشعة تحت الحمراء فائقة الإضاءة (ULIRGs) ، التي تتألق في تريليونات اللمعان الشمسي. كل من SMGs و DOGs عبارة عن مجموعات سكانية فرعية محددة من ULIRGs الموجودة في z ~ 2–3 ، وكان من المتوقع أن يظهر مسح WISE أمثلة لكليهما. درس القمر الصناعي أهدافًا في أربعة نطاقات ذات طول موجي ، تدل من W1 إلى W4 ، والتي تقابل أطوال موجية تبلغ 3.4 و 4.6 و 12 و 22 ميكرون على التوالي. يجب أن تكون ULIRG مرئية بوضوح في نوافذ W3 و W4 ، ولكن باهتة للغاية في W1 و W2.

الشكل 1 ، وو وآخرون. مجموعة مختارة من الكلاب الساخنة ، كما يراه WISE.

بالتأكيد ، ظهر عدد من المجرات التي تطابق هذه المعايير ، وتم تصنيفها على أنها W1W2-dropouts - W12drops لفترة قصيرة. وكان العديد من الانزياح نحو الأحمر من z ~ 2-3. مفتونًا ، أجرى علماء الفلك مراقبة بالأشعة تحت الحمراء في مرصد Caltech Sub-millimeter Observatory (CSO) ، فضلاً عن التحليل الطيفي البصري على تلسكوب Keck I (وو وآخرون 2012). تمكن تلسكوب سبيتزر الفضائي أيضًا من مراقبة المرشحين في نوافذ W1 و W2.

حاول الفريق بعد ذلك تركيب عدد من قوالب المجرات المختلفة مع المرشحين المؤكدين في محاولة لفهم ما يجري. قاموا بنمذجة شيء يسمى توزيع الطاقة الطيفية (SED) ، والذي يوضح مدى حيوية جسم ما في أطوال موجية مختلفة. تضمنت قائمة الاحتمالات الخاصة بها كوازارات ، غبار torii حول AGNs ، مجرات النجمي مثل Arp 220 ، DOGs ، ومجرة AGN-starburst الهجينة Markarian 231.

الشكل 5 ، وو وآخرون. يتم عرض قوالب SED مقارنة بالبيانات الفعلية لمرشحات W12drops التي تمت ملاحظتها (نقاط سوداء متصلة بخطوط زرقاء). يعتبر ترس الغبار مناسبًا إلا في الأطوال الموجية المنخفضة.

كانت نماذج الانفجار النجمي فظيعة ، وعلى الرغم من أن مقاسات AGN كانت أفضل قليلاً ، إلا أنه لا يمكن أن يناسب قالب torus الغبار جميع الخصائص الرئيسية: انبعاث ضعيف نسبياً في المليمتر الفرعي ، ونظام SED لقانون الطاقة عند أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء المتوسطة ، ثم عثرة صغيرة ، وأيضا في منتصف الأشعة تحت الحمراء. كان هناك أيضًا ذروة في SED بأطوال موجية أقصر من المجرات الأخرى - مما يدل على الغبار الساخن من 60 إلى 120 K. كما أظهرت نماذج SED أن W12drops كانت حوالي 10-20 مرة أكثر إضاءة من DOGs أو SMGs أو أي سابقًا نوع معروف من المجرة في z ~ 2–3. كان هناك مرشح واحد على الأقل يتجاوز اللمعان الشمسي المذهل 100.

كيف قوية يمكن أن يكون DOG الساخنة؟

قبل أن نتحدث عن مدى ملائمة W12drops لنماذج تطور المجرات لدينا ، دعونا نتحدث عن هذا المرشح المتطرف (Eisenhardt et al. 2012). المعروف باسم WISE 1814 + 3412 باختصار ، تمت دراسته أولاً بالتفصيل من قبل نفس المجموعة التي حللت مجرات W12drop ككل. تبين أن تحليل المرشح خادع ، لأن هناك بالفعل أربعة مكونات رئيسية بالقرب من بعضها البعض ، المسمى أ إلى د. المكون ب هو متداخل - قزم أحمر داخل درب التبانة - بينما يبدو أن المكونات الثلاثة الأخرى بها انزياحات حمراء في z ~ 2.45. تشير أطياف A و D إلى ما يسمى بمجرات ليمان المكسورة ، وهو نوع معين من المجرات ذات النجوم الحمراء شديدة الانحدار ، بينما يبدو C كوازار تقليدي.

الشكل 5 ، آيزنهاردت وآخرون. المكونات الأربعة لـ WISE 1814 + 3412 مرئية ، لكن المكون A هو حقًا المجرة المصدر للاهتمام.

يشير مزيد من التحليل إلى أن المكون A مسؤول عن معظم الانبعاثات ، وبالتالي يتوافق حقًا مع WISE 1814 + 3412. مع عدم وجود دليل على عدسات الجاذبية ، يكون سطوعها الشديد جوهريًا. يأتي حوالي 10٪ من لمعانه من النجوم ، في حين أن معظم الباقي يبدو أنه من AGN. المشكلة في هذه المجرة هي أن بعض الميزات الطيفية لشبكة AGN غائبة ، على الرغم من أن الانبعاثات الراديوية تزيد من احتمال صحة هذا التفسير.

يتضمن أفضل نموذج لدينا للمجرة بضع مئات من مليارات الكتل الشمسية من النجوم التي تشكلت على مدار مليار عام تقريبًا. يتم تشغيل AGN من قبل مليار ثقب الكتلة الشمسية السوداء - أكبر بكثير من تلك الموجودة في مركز درب التبانة ، ولكن بالتأكيد ليست الأكثر ضخامة المعروفة. ما يثير الاهتمام هو أن نسبة اللمعان إلى كتلة الثقب الأسود لا تتناسب مع العلاقات المعروفة. الحل المحتمل هو أن نشاط AGN هو المهيمن لأن تكوين النجوم لم يتحسن بالكامل ، لكن هذا يطرح مشاكل للنماذج التطورية ULIRG. بغض النظر ، على الرغم من ذلك ، يبدو أن WISE 1814 + 3412 هو DOG ساخن - حيث تم الاتفاق على الكثير.

الشكل 7 ، وو وآخرون. W1814 + 3412 ، جنبًا إلى جنب مع مجموعة مختارة من ULIRGs الأخرى ، والتي تبين إشارة واضحة للغبار على عكس ما هو موجود في Markarian 231 ، Arp 220 ، أو غيرها من المجرات الغريبة. الكلاب الساخنة هي بوضوح مجموعة منفصلة.

أين تتناسب مع تطور ULIRG؟

يمكن أن تصنف الكلاب DOG نفسها حسب SEDs. يظهر أحد السكان الرئيسيين الرئيسيين عثرة في SEDs الخاصة بهم من 3 إلى 10 ميكرون ، بينما يظهر شخص آخر قانون سلطة واضح في منتصف IR. ويعتقد أن اثنين من مراحل مميزة لتطور DOG. لا يزال لدى DOGs عثرة نشاطًا مهمًا لتكوين النجوم ، في حين أن DOGs لقانون الطاقة لديها AGNs التي تنمو في السلطة. في هذا الإطار ، ستطلق على مجرات W12drop ما يسمى بـ "DOGs الساخنة" ، ولكل منها AGN قوي للغاية محاط بكميات كبيرة من الغبار. ومع ذلك ، لا تزال SEDs تتطلب مساهمة من الغبار البارد ، مما يشير إلى أن تكوين النجوم لا يزال قوياً.

الأمر المثير حقًا هو أن هذا يعني أن DOGs الساخنة يمكن أن تكمن في نقطة رئيسية في التسلسل التطوري LIRG. افترضت بعض المجموعات أن العديد من هذه المجرات تتحول إلى SMGs مع انفجار نجمي مثير للإعجاب قبل أن تصبح DOGs عندما يزداد نشاط AGN. يمكن أن تقع DOGs الساخنة على الطرف البعيد من التسلسل ، مع وجود WISE 1814 + 3412 استثناءً غريبًا. نأمل أن نتمكن من الحصول على فكرة أفضل عن مكانهم في تطور ULIRG من خلال فهم الاتجاهات الكامنة وراء SMGs و DOGs بمزيد من التفاصيل. ربما يمكن للراديو أن تلقي مزيدًا من الضوء على نشاط AGN.

انطباع فنان عن WISE J224607.57–052635.0 ، وهو ULIRG وأيضًا المجرة المضيئة الأكثر شهرة. قد يتم دمجها بنشاط مع المجرات الأخرى ، مما يغذي الثقب الأسود الهائل المركزي.