Em astronomia , uma galáxia ativa é uma galáxia que abriga um núcleo ativo (mais precisamente núcleo de galáxia ativo , abreviado NAG , ou AGN após o termo em inglês Núcleo Galáctico Ativo ). Este núcleo é uma região compacta localizada no centro da galáxia e cuja luminosidade é muito mais intensa que o normal em pelo menos alguma área do espectro eletromagnético ( ondas de rádio , infravermelho , luz visível , ultravioleta , raios X e / ou gama raios ), com características que mostram que esta forte luminosidade não é de origem estelar. A radiação do NAG teoricamente resultaria da acumulação por um buraco negro supermassivo localizado no centro da galáxia hospedeira. Os NAGs são as fontes contínuas mais brilhantes de radiação eletromagnética do universo e, como tal, permitem a detecção de objetos distantes; sua evolução em função do tempo cósmico também constitui restrições aos modelos cosmológicos .
Por muito tempo , Argumentou-se que os NAGs deveriam ser alimentados por acreção em torno de buracos negros massivos (variando de 10 6 a 10 10 massas solares ). Os NAGs são compactos e extremamente brilhantes por longos períodos: o acréscimo pode causar uma conversão eficiente de energia potencial e cinética ; buracos negros massivos têm um limite de Eddington alto , o que pode explicar o lado duradouro desse brilho de núcleo. Acredita-se que os buracos negros supermassivos não existam sistematicamente no centro de uma galáxia massiva: a massa de um buraco negro está intimamente relacionada à dispersão das velocidades ou ao brilho do bulbo galáctico . Assim, as características dos NAGs são observadas sempre que uma certa quantidade de matéria se aproxima da esfera de influência do buraco negro central.
No modelo padrão do NAG, os materiais frios localizados perto do buraco negro central formam um disco de acreção . O espectro esperado para o disco de acreção de um buraco negro supermassivo mostra um pico na luz ultravioleta e visível ; além disso, uma coroa de material quente se forma acima do disco de acreção e pode causar um espalhamento Compton reverso maior do que a energia dos raios X. A radiação do disco de acreção excita materiais atômicos frios perto do buraco. Grande parte da saída primária de um NAG pode ser obscurecida por poeira ou gás próximo ao disco de acreção. Estes absorvem a radiação e a reemitem em outros comprimentos de onda , na maioria das vezes na forma de infravermelho .
Alguns discos de acreção produzem jatos , um par de "feixes" extremamente rápidos de material que emergem perto do disco (a direção do jato pode ser determinada pelo momento angular do eixo do disco ou pelo eixo de rotação do buraco negro) . Os mecanismos de produção de jatos e sua composição em pequenas escalas ainda são pouco compreendidos, pois as observações não conseguem distinguir variações entre diferentes modelos teóricos. Eles são visíveis especialmente na área das ondas de rádio ; a interferometria de linha de base muito longa pode ser usada para estudar a radiação que eles emitem em distâncias de menos parsec . No entanto, eles são visíveis em todos os comprimentos de onda , variando de ondas de rádio a raios gama , especialmente graças ao espalhamento Compton reverso. Os NAGs que produzem jatos têm, portanto, uma segunda fonte (potencial) de emissões contínuas.
Finalmente, é importante ter em mente que existe uma categoria de soluções “radiativamente ineficientes” para as equações de acréscimo. O mais conhecido deles é a acreção dominada pelo fluxo de advecção . Nesse tipo de acreção, a matéria em acreção não forma um disco delgado e, portanto, não impulsiona a energia que adquiriu ao se mover para perto do buraco negro. A existência desse tipo de acreção poderia explicar a falta de potência das radiações emitidas pelo buraco negro supermassivo localizado no centro de certas galáxias elípticas . Caso contrário, pode-se esperar que as altas taxas de acréscimo correspondam a fortes luminosidades. NAGs radiativamente ineficientes também podem explicar a falta de muitas outras características em alguns NAGs equipados com um disco de acreção.
Não existe uma assinatura observacional única para NAGs. A lista a seguir reúne alguns elementos importantes que permitiram a identificação de sistemas como NAGs.
Os núcleos ativos das galáxias são geralmente divididos em duas classes: rádio-silencioso ( rádio-silencioso em inglês) e rádio-ruidoso ( rádio-alto em inglês). Nos objetos da segunda categoria, os jatos e os lóbulos que eles inflam contribuem amplamente para a luminosidade da galáxia, pelo menos no domínio do rádio. Os objetos silenciosos do rádio são mais simples, pois os jatos e as emissões subjacentes podem ser desprezados.
Os modelos NAG unificados agrupam 2 ou mais classes de objetos, com base nas classificações observacionais tradicionais, ao propor que existe de fato um único tipo de objeto físico observado em diferentes condições. Os modelos unificados mais favorecidos até o momento são os “modelos baseados em orientação”. Isso sugere que as diferenças aparentes entre esses tipos de objetos são simplesmente devidas às diferentes orientações em relação à linha de visão do observador.
Em baixas luminosidades, os objetos a serem unificados são as galáxias Seyfert. Os modelos unificados propõem que o Seyfert 1 seja observado com uma visão direta do núcleo ativo; como vemos o núcleo do Seyfert 2 através de estruturas obscuras, o que altera as linhas de emissão que observamos na Terra. A ideia básica dos modelos de acréscimo dependentes da orientação é que dois objetos, aparentemente pertencendo a categorias diferentes, podem pertencer ao mesmo se forem observados através de linhas de visão diferentes. A imagem padrão consiste em um toro de material opaco circundando o disco de acreção. Deve ser espesso o suficiente para ocultar as linhas largas, mas fino o suficiente para permitir que as linhas estreitas, que são observadas em ambas as classes de objetos, passem. Tal toro foi observado pela primeira vez em torno do núcleo ativo da galáxia Cygnus A ; seu diâmetro seria 528 pc e sua altura 286 pc . O Seyfert 2 é visto através deste toro. Do lado de fora desse toro estão materiais capazes de desviar parte das emissões nucleares em direção à nossa linha de visão, o que nos permite observar certas emissões de raios X e luz visível e, em alguns casos, raios de luz. ”Amplas emissões - estes são então fortemente polarizados, mostrando que foram desviados e provando que algum Seyfert 2 na verdade “contém” um Seyfert 1 oculto. As observações infravermelhas apóiam essa teoria.
Em luminosidades mais fortes, os quasares tomam o lugar do Seyfert 1, mas os “quasares 2” correspondentes são hipotéticos até o momento. Se eles não tiverem o componente de desvio do Seyfert 2, serão difíceis de detectar, exceto por suas linhas finas e poderosos raios-X.
Historicamente, o trabalho na unificação de objetos com ruído de rádio tem se concentrado em quasares com ruído de rádio muito brilhantes. Estes podem ser agrupados por suas linhas de emissão estreitas de uma maneira análoga à unificação de Seyfert 1 e 2 (mas sem a complicação do componente refletor: radiogaláxias que emitem linhas estreitas não mostram quaisquer emissões nucleares contínuas ou qualquer fluxo de raios-X refletido, embora ocasionalmente emitam linhas largas polarizadas). As estruturas de rádio em grande escala desses objetos forneceram evidências de que os modelos de unificação baseados em orientação são verdadeiros. Quando disponíveis, as evidências fornecidas por observações de raios-X apóiam a tese da unificação: as galáxias de rádio mostram evidências de obscurecimento por um toro de matéria, enquanto os quasares não. No entanto, deve-se ter o cuidado de que os objetos radio-ruidosos também tenham um componente relacionado aos pequenos jatos, portanto é necessário recorrer à alta resolução para separar as emissões térmicas dos gases quentes em larga escala. Em pequenos ângulos com a linha de visão os jatos dominam a imagem e podemos ver algumas variedades de blazar.
No entanto, a maioria das radiogaláxias são objetos fracos e fracamente excitados. Estes não apresentam linhas fortes de emissões ópticas de origem nuclear - sejam estreitas ou largas -, possuem uma linha contínua na óptica, que passa a ser inteiramente relativa ao jato, e sua emissão em raios X também provém apenas do jato. Esses objetos não podem ser unificados com quasares, embora incluam objetos muito brilhantes no domínio do rádio, uma vez que o toro nunca será capaz de mascarar a região de linhas estreitas na extensão necessária e também porque os estudos infravermelhos mostram que 'eles não têm um componente nuclear oculto. Na verdade, não há absolutamente nenhuma prova da existência de um toro nesses objetos. Portanto, muito provavelmente formam uma classe separada na qual contam apenas as emissões relacionadas aos jatos. Em pequenos ângulos com a linha de visão, eles aparecerão como objetos BL Lac.
Por muito tempo, as galáxias ativas detiveram o recorde do maior redshift , devido à sua alta luminosidade (tanto na ótica quanto nas ondas de rádio): elas ainda têm um papel a desempenhar no estudo dos primórdios do universo . No entanto, agora sabemos que os NAGs fornecem uma imagem muito tendenciosa da galáxia com alto redshift "típica".
O estudo da evolução das populações NAG é mais interessante. A maioria das classes NAG luminosas (rádio silencioso e rádio ruidoso) parecem ter sido muito mais numerosas no universo jovem. Isso sugere que buracos negros massivos se formaram relativamente cedo, e que as condições para a formação de NAGs luminosos estavam mais prontamente disponíveis nos primeiros dias do universo - por exemplo, havia muito mais gás frio no centro das galáxias do que havia. não há nenhum agora. Isso também implica que um grande número de objetos que foram quasares luminosos são muito menos ou mesmo quase escuros. A evolução das populações de NAG com pouca luz é muito menos limitada por causa da dificuldade de detectar e observar esses objetos em altos redshifts.