Perfis de duplo-pico : revelando a presença de discos de acreção na região de linhas largas de galáxias ativas

Abstract

A energia emitida pelos núcleos ativos de galáxias (AGN’s) ´e provida através do escoamento acretivo de matéria em direção ao buraco negro super massivo central (SMBH). Tal escoamento se da sob a forma de um disco de acreção. As principais evidências observacionais da presença do disco são: (i) sua emissão térmica nos AGN’s mais luminosos, que d´a origem ao chamado big blue bump observado na região espectral do ultravioleta e (ii) a emissão de linhas largas com duplo-pico, entendidas como provenientes da recombinação do Hidrogênio nas regiões mais externas do disco de acreção. Os AGN’s menos luminosos, LLAGN’s, não apresentam o big blue bump, o que sugere que o disco de acreção tem uma natureza diferente; sua distribuição espectral de energia tem sido modelada através de um disco que é espesso na região interna, num regime de acreção de gás “radiativamente ineficiente”(RIAF), que é responsável pela emissão de fótons de mais alta energia (raios-X). Neste trabalho, apresentamos o monitoramento espectral de 2 LLAGN’s que apresentam linhas de emissão largas de Hα (FWHM _10.000 km/s) com duplo-pico: NGC1097 e NGC7213. Acredita-se que estas linhas sejam emitidas pelo g´as que se encontra na parte mais externa do disco de acreção, que ´e ionizado pelos raios-X emitidos pelo RIAF central. No caso de NGC1097, monitoramos o AGN em raios-X e UV – usando o satélite Swift, e também o perfil em duplo-pico – usando o telescópio SOAR entre agosto de 2012 e fevereiro de 2013. Este monitoramento permitiu que estudássemos a amplitude variacional de cada uma das curvas de luz obtidas e também aplicássemos a técnica de correlação cruzada entre as curvas de luz de raio-X e do ótico com o objetivo de elucidar se as variações no perfil em duplo-pico são reverberações das variações do contínuo ionizante de alta energia. Através deste monitoramento conseguimos colocar vínculos do limite superior para a escala de variabilidade mais curta do perfil, _ 5 dias, assim como através da modelagem dos perfis colocar vínculos na estrutura da região emissora. No caso de NGC7213 monitoramos o perfil em duplopico do AGN entre setembro de 2011 e julho de 2013. Observamos variabilidades do perfil em duas escalas de tempo: (1) a mais curta, entre 7 e 28 dias, associada as variações do fluxo total integrado do perfil e outra (2) mais longa & 3 meses, nas variações da intensidade relativa dos fluxos dos lados azul e vermelho do perfil e associada a escala de tempo dinâmica do disco de acreção. Modelamos a emissão em duplo-pico deste objeto como originária de um disco de acreção Kepleriano e relativístico, cujas características de variabilidade observadas podem ser explicadas através da rotação de um braço espiral no disco cuja emissão ´e maior do que a do disco subjacente. Por fim, estendemos a modelagem dos perfis de emissão largos de Hα para as galáxias Seyfet 1 do Palomar Sky Survey of Nearby Galaxies que apresentam emissão em duplo-pico: NGC3516, NGC4151, NGC4235, NGC5273, NGC5548. Concluímos que os perfis de emissão largos nesses objetos mais luminosos requerem uma modelagem com duas componentes: (1) uma muito larga e de duplo-pico que ´e originária da emissão do gás no disco de acreção; (2) e outra componente Gaussian de mais baixa velocidade para reproduzir a parte mais central do perfil, associada ao gás localizado além do disco. Identificamos que a componente disco é dominante em relação a emissão e que o angulo de inclinação do disco é o parâmetro mais importante na modelagem do perfil desses objetos. A geometria tipo disco tem implicações para a determinação da massa do buraco negro em galáxias ativas através do produto virial e identificando a relação entre o fator f e a largura da linha propomos um aprimoramento na obtenção de M• em galáxias ativas.

The energy emitted by active galactic nuclei (AGN) is powered via accretion flows onto the central supermassive black hole (SMBH), usually in the form of an “accretion disk”in which the gas slowly spirals towards the SMBH. The most clear spectral signatures of accretion disks are: (i) their thermal emission in the most luminous AGN, which originates the so called big blue bump observed in the ultravaviolet and (ii) the emission of broad double-peaked lines, which are thought to originate via recombination of H and He atoms in the outer parts of the accretion disk. The low luminosity AGN’s (LLAGN), usually do not show the big blue bump, suggesting that their accretion flows are distinct; indeed, their spectral energy distribution have been modeled by an accretion disk in which the innermost part is geometrically thick, accreting in a radiativelly inefficient regime (RIAF) that emits high energy fotons (X-rays). In this work, we present the spectral monitoring of 2 LLAGN – NGC1097 and NGC7213 – that show broad (10,000 kms−1) double-peaked Hα emission lines, thought to be emitted by the gas in the outer parts of the accretion disk, which is ionized by the Xrays emitted by the central RIAF. In the case of NGC1097, we monitored the AGN in X-rays and UV – using the Swift satellite, and also the double-peaked profile – using the SOAR telescope between 2012 August and 2013 February. This monitoring allowed us to study the variability amplitude of each light curve as well as to apply the cross correlation technique to the light curves in X-rays and optical in order to investigate if the variations in the double-peaked profile are a reverberation of the variations in X-rays and UV (ionizing radiation). The monitoring allowed us to put constraints on the minimum variability timescale and on the structure of the line-emiting region. In the case of NGC7213 we monitired the broad double-peaked profile between 2011 September and 2013 July. We detected variabiliy of the profile in two timescales: (1) the shortest, beween 7 and 28 days, associated with vatiations in the integrated flux of the double-peaked line and another (2) larger, & 3 months, associated with variations in the relative intensity of the fluxes of the blue and red sides of the profile and identified with the dynamical timescale of the accretion disk. We modeled the double-peaked emission of this object as due the gas emission in a Keplerian and relativistic accretion disk, whose the variability features can be explained via rotation of a spiral arm in the disk which is brigther than the underlying disk. Finally, we extended the study of the modeling of broad Hα profiles to Seyfet 1 galaxies that display double-peaked profiles in the Palomar Sky Surver of Nearby Galaxies, namely NGC3516, NGC4151, NGC4235, NGC5273, NGC5548. We concluded that the broad Hα emission profiles of these galaxies require a two component modeling: (1) a very broad and double-peaked component originating from the gas in the accretion disk and another (2) low-velocity Gaussian component required to reproduce the center of the profile, associated with gas at lower velocities probably beyond the disk. We concluded that the disk component dominates at highest velocities and the inclination is the most important parameter in the determination of the width of the double-peaked profiles. The disk-like geometry has implications for the determination of the mass of the central SMBH in AGN via the virial product M• = and by identifying a relation between the factor f and the width of the broad line we propose an improvement in the estimate of the SMBH masses in Type 1 AGN.