Interacting active galactic nuclei: investigating a triple merger

Abstract

O paradigma atual para a formação de galáxias é baseado em um modelo hierárquico, em que ao longo da história do Universo galáxias menores se fundiram em sucessivas interações até chegarem ao estado atual. Ao mesmo tempo, sabemos que a maior parte do crescimento dos buracos negros supermassivos (SMBH) que se encontram no núcleo das galáxias ocorreu antes de z = 1. Portanto, fusões de galáxias mais recentes do que isso necessariamente implicam na interação entre os SMBHs e, eventualmente, em sua fusão. O objetivo deste trabalho é compreender a fusão de buracos negros a partir da observação de sistemas em que estes ainda são entidades separadas e comparar essas observações com outros sistemas em interação, para tentar traçar um quadro mais geral, que sirva de vínculo para os modelos cosmológicos e de evolução de galáxias. Neste trabalho estudamos dados de espectroscopia de campo integral obtidos com o instrumento MUSE, instalado no Very Large Telescope (VLT) do Observatório Europeu Austral (ESO). Utilizamos dados do trio de galáxias em interação SDSSJ0849+1114, que possui três núcleos ativos confirmados por emissão de raio-X, e com distância projetada de ~ 3.5 kpc e ~ 5.3 kpc para os núcleos sul e norte, respectivamente, com relação ao núcleo principal. Utilizando o software IFSCube, fizemos os ajustes das linhas de emissão, e identificamos a presença de uma região de linhas estreitas estendida em todas as galáxias, com velocidades relativas entre ±150 km s -1 , que sugere que a interação está ocorrendo majoritariamente no plano do céu. A análise de emissão também mostrou uma região no centro do sistema cuja cinemática do gás necessita de uma segunda função gaussiana para ser corretamente ajustada; acreditamos ser devido ao feedback do AGN principal, cujas observações anteriores mostraram a presença de um jato de rádio na região, que estaria causando um outflow. A partir de uma análise da cinemática do sistema, nós conseguimos determinar uma possível órbita para as galáxias do sistema. As galáxias principal e sul parecem estar orbitando uma a outra rotacionando da direita para a esquerda, em um ângulo de aproximadamente 135? . A galáxia norte, entretanto, parece estar orbitando as outras duas perpendicularmente. Pelos rastros de gás deixados para trás, nós acreditamos que ela já tenha contornado as outras duas pelo menos uma vez. A análise das razões de linhas de emissão mostram que o processo de ionização do gás presente na galáxia não pode ser explicado apenas por formação estelar; ao redor dos três núcleos os diagramas BPT e WHAN sugerem que a fonte ionização do gás naquelas regiões se dá pela presença do AGN. Também vemos indícios de regiões de formação estelar próximas ao núcleo sul e ao longo do braço adjacente a ele. A análise de população estelar mostra que, em média, as estrelas do sistema são bastante velhas (> 1 Gyr), e com metalicidades um pouco menor do que a metalicidade do Sol.

Abstract: The current paradigm for galaxy formation is based on a hierarchical model, in which, throughout the history of the Universe, smaller galaxies merged through successive interactions until they reached their current state. At the same time, we know that most of the growth of supermassive black holes (SMBHs) at the cores of galaxies occurred before z=1. Therefore, galaxy mergers more recent than this necessarily imply interactions between SMBHs and, eventually, their merger. The goal of this work is to understand black hole mergers by observing systems in which they are still separate entities and to compare these observations with other interacting systems, attempting to draw a more general picture that serves as a link for cosmological and galaxy evolution models. In this work, we study integral-field spectroscopy data obtained with the MUSE instrument, installed on the Very Large Telescope (VLT) of the European Southern Observatory (ESO). We used data from the interacting galaxy trio SDSSJ0849+1114, which has three active nuclei confirmed by X-ray emission, and with projected distances of ~ 3.5 kpc and ~ 5.3 kpc for the southern and northern nuclei, respectively, relative to the main nucleus. Using IFSCube software, we fitted the emission lines and identified the presence of a region of narrow lines extended across all galaxies, with relative velocities between ±150 km s -1 , suggesting that the interaction is occurring primarily in the plane of the sky. The emission analysis also revealed a region at the center of the system whose gas kinematics require a second Gaussian function to fit correctly; we believe this is due to feedback from the main AGN, whose previous observations showed the presence of a radio jet in the region, causing an outflow. From an analysis of the system?s kinematics, we were able to determine a possible orbit for the galaxies in the system. The main and southern galaxies appear to be orbiting each other, rotating from right to left, at an angle of approximately 135? . The northern galaxy, however, appears to be orbiting the other two at right angles. From the gas trails it leaves behind, we believe it has already circled the other two at least once. Analysis of the emission line ratios shows that the ionization process of the gas present in the galaxy cannot be explained solely by star formation; around the three cores, the BPT and WHAN diagrams suggest that the source of gas ionization in those regions is the presence of AGN. We also see evidence of star-forming regions near the southern core and along the adjacent arm. Analysis of the stellar population shows that, on average, the stars in the system are quite old (> 1 Gyr) and with metallicities slightly below that of the Sun.