The K-band spectrum of nearby Type 2 Quasars

Abstract

Las galaxias activas son aquellas caracterizadas por una fuerte emisi´on electrom´agnetica procedente de sus n´ucleos, que se denominan n´ucleos gal´acticos activos o AGNs. Esta emisi´on se produce en un enorme rango de longitudes de onda, desde ondas de radio a rayos X. Los n´ucleos de estas galaxias est´an compuestos por un agujero negro supermasivo rodeado de un disco de acreci´on a muy alta temperatura, y en ocasiones pueden presentar jets extendidos de materia relativista. Los AGNs son de gran importancia en el campo de la evoluci´on gal´actica, y actualmente se piensa que la mayor´ıa de galaxias atraviesan fases de actividad nuclear. Este tipo de galaxias se clasifican seg´un su emisi´on en radio, su luminosidad bolom´etrica y sus carater´ısticas espectrales. Las diferencias observadas en los distintos tipos de AGN se han intentado explicar desde una perspectiva de unificaci´on; variando el ´angulo que forman el disco y el toro con nuestra l´ınea de visi´on, se observar´an los distintos tipos de AGN. Los discos de acreci´on presentes en estas galaxias representan unos fen´omenos altamente energ´eticos los cuales tienen un profundo efecto en la evoluci´on de sus galaxias anfitrionas y, de hecho, se han observado correlaciones claras entre par´ametros del bulbo y la masa del agujero negro central. La energ´ıa emitida por el disco de acreci´on da lugar a la aparici´on de vientos, enormes masas de gas que se separan del medio interestelar, impulsados o bien por presi´on radiativa causada por el propio disco de acreci´on o bien por los jets de materia relativista. Se han observado una variedad de efectos debidos a los vientos; ya sea promoviendo la formaci´on estelar al presurizar burbujas de gas fr´ıo y aumentando la fragmentaci´on, o previniendo e incluso deteniendo la formaci´on estelar al calentar y perturbar el ISM. Las dificultades y suposiciones necesarias para medir los par´ametros caracter´ısticos de los outflows hacen que el estudio de los mismos sea extremadamente complejo, a la vez que un campo de la astrof´ısica en constante movimiento y evoluci´on. Los vientos pueden estudiarse en varias fases de gas; ionizado, at´omico neutro y molecular. Dado que cada una de estas fases posee un espectro de emisi´on que cubre distintas partes del espectro electromagn´etico, la caracterizaci´on completa de los mismos suele requerir un enfoque en varias bandas espectrales. En este contexto, los cu´asares de tipo 2 o QSO2 son extremadamente relevantes. La regi´on que emite l´ıneas anchas o BLR est´a oscurecida en este tipo de AGN, por lo que las componentes anchas observadas se deben a la presencia de gas perturbado, es decir, vientos. Este proyecto hace uso de observaciones de una muestra de 40 AGNs en la banda K tomadas con el Espectr´ografo Multiobjeto Infra-Rojo (EMIR), para caracterizar simult´aneamente las fases ionizada y molecular de sus vientos. Los AGNs seleccionados para este proyecto son un subconjunto de QSOFEED. Los objetos se seleccionaron en base a su luminosidad bolom´etrica (LBol > 1045.6 erg s−1 ) y su redshift (z<0.14). Los espectros de la muestra completa fueron reducidos y calibrados en flujo, y 6 de estos objetos se eligieron en base a la presencia de componentes anchas en l´ıneas ionizadas y presencia de l´ıneas moleculares para el estudio en profundidad de sus espectros. Las observaciones se llevaron a cabo usando el instrumento EMIR, instalado en el Gran Telescopio Canarias, situado en el Observatorio del Roque de los Muchachos. Los datos se obtuvieron desde mayo del 2018 a junio del 2020, divididos en cuatro semestres de observaciones. Todos los espectros se tomaron en el filtro K, que extiende desde 1.97 µm a 2.43 µm. Para los 6 objetos elegidos, estas observaciones se complementaron con espectros en el rango ´opticos extra´ıdos del Sloan Digital Sky Survey. La reducci´on de datos consisti´o en la correcci´on de efectos de flat-field y la substracci´on del cielo, que se llevaron a cabo con un script de Python, el cual hace uso de la implementaci´on de IRAF en este lenguaje, Pyraf, y el m´odulo de lirisdr de la misma. Los espectros se extrajeron utilizando dos tama˜nos de apertura; una del tama˜no del seeing de la observaci´on y otra de 3”, el cual es el tama˜no utilizado en las observaciones espectrosc´opicas de SDSS. La calibraci´on en flujo tambi´en se llevo a cabo usando Pyraf, as´ı como la correcci´on por absorci´on tel´urica, para la cual se utilizaron tanto estrellas de comparaci´on como modelos te´oricos generados por el software Skycalc. La muestra completa presenta una gran variedad en las caracter´ısticas espectrales de los objetos, desde espectros con pocas l´ıneas de emisi´on estrechas a espectros muy ricos en l´ıneas, las cuales presentan componentes con variedad de anchuras y longitudes centrales. Tambi´en observamos variedad en la forma del continuo de los objetos: algunos son completamente planos mientras que otros caen conforme aumenta la longitud de onda. Como cabe esperar en la banda K, en estos espectros observamos l´ıneas de ionizaci´on baja (Pa α, Br γ y δ) y l´ıneas de alta ionizaci´on o coronales ([SiVI] y [SiX]), asi como l´ıneas moleculares debidas a transiciones cuadrupolares de la mol´ecula de H2. La caracterizaci´on de vientos requiere un an´alisis multicomponente de las l´ıneas de emisi´on, ya que las diferentes l´ıneas y sus componentes se mezclan dando lugar a perfiles complejos, compuestos de la suma de varios perfiles gaussianos. Estos perfiles se caracterizaron utilizando el m´odulo modeling de Astropy para Python. En primer lugar se ajustaron las l´ıneas de los espectros de SDSS, ya que presentan l´ıneas aisladas cuyas componentes son m´as sencillas de modelar sin informaci´on a priori. A partir de los par´ametros cinem´aticos (FWHM y velocidad relativa de las componentes) obtenidos en estos ajustes se analizaron las l´ıneas ionizadas observadas en el infrarrojo. Debido a que no se observan en el ´optico, las l´ıneas moleculares se analizaron sin informaci´on previa sobre su cinem´atica. La velocidad relativa de las distintas componentes del gas en nuestra l´ınea de visi´on se estima haciendo uso del efecto Doppler, para el cual consideramos que la componente estrecha de las l´ıneas ionizadas marca el sistema en reposo dentro de la galaxia observada. Tras analizar los distintos perfiles de las l´ıneas de emisi´on detectadas, encontramos vientos en todos los objetos en al menos una fase del gas. Estos vientos presentan distintos niveles de perturbaci´on, con anchuras desde 500 km/s a 2600 km/s, y velocidades desde 70 km/s a 980 km/s. Encontramos vientos ionizados en todos los objetos, mientras que solo detectamos un viento molecular en un solo objeto, y de manera tentativa, posiblemente debido a la baja se˜nal que presentan las l´ıneas moleculares, lo cual dificulta en gran medida la detecci´on de componentes anchas de baja amplitud. Observamos que cada uno de los objetos presenta tanto un n´umero de vientos distinto como variedad en las caracter´ısticas de los mismos, a la vez que estudiamos las ligaduras y parametrizaciones que es necesario llevar a cabo en los ajustes de las distintas l´ıneas. Aprovechamos tambi´en dos objetos que ya se han estudiado, uno de ellos en el NIR y otro en el ´optico, para comparar nuestros resultados y comprobar que nuestro procedimiento ha sido correcto. La continuaci´on de este proyecto se basar´a en las medidas de la masa del viento, el ritmo de expulsi´on de masa del viento y la energ´ıa cin´etica del mismo. Estas medidas se pueden llevar a cabo con los datos que ya tenemos, utilizando l´ıneas de los espectros ´opticos en combinaci´on con modelos de emisividad y fotoionizaci´on para estimar la densidad del viento, a la vez que los espectros de EMIR se pueden utilizar para constre˜nir la extensi´on del mismo.