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AGN Seyfert 1: NGC 7469

PostPosted: Thu Jan 09, 2020 1:28 pm
by Pierre Traverse
Cible: galaxie active Seyfert type 1 NGC 7469
Les grandes galaxies abritent en leur centre un trou noir supermassif (10exp6 à 10exp9 masse solaire). La masse du trou noir central comme celui de la Voie Lactée peut être évaluée en mesurant les orbites des étoiles proches. Cependant cette technique ne peut s’appliquer aux galaxies actives trop lointaines et trop lumineuses par rapport aux étoiles. En effet dans une galaxie active, de la matière "tombe" vers le trou noir pour constituer un disque d'accrétion, la libération de l’énergie potentielle gravitationnelle produit un rayonnement très intense qui peut être cent à mille fois plus supérieur à celui de la galaxie.
On observe une photo-ionisation des nuages de gaz par les radiations du continuum central. Elle produit des raies larges dans les nuages de haute densité proche du trou noir (Broad Line Region) et des raies étroites interdites (Narrow Line Region) dans les nuages plus éloignés de faible densité. La luminosité de cette petite région (r<0.1 a.l) dépasse fortement la luminosité de la galaxie qui n'est plus apparente, la cible est quasi stellaire (quasar si émission radio).
Le modèle unifié (voir le lien de l'article plus bas Spectre Seyfert 1 : [OIII] d'Etienne Bertrand)
http://burro.astr.cwru.edu/Academics/As ... ified.html

montre que lorsque cette région BRL est sur la ligne de visée (Seyfert 1) on observe la lumière des nuages évoluant à grande vitesse (>1000 km/s due au mouvement Képlérien dans le champ de gravité du trou noir) ce qui élargit par effet Doppler les raies en émission en particulier dans le visible les raies Halpha et Hbeta. Lorsque la partie centrale et donc la région BLR ne sont plus dans la ligne de visée elles sont masquées par un tore de poussières alors seules les régions NLR plus éloignées sont visibles (Seyfert 2)
Les astronomes ont établi des relations de corrélation entre les paramètres physiques de la zone active et de la galaxie hôte. En particulier pour les galaxies actives entre le rayon de la région BRL et la luminosité du continuum.
En appliquant le théorème du viriel à la sphère de gaz en mouvement dans un état d’équilibre : l’énergie potentielle de gravitation de la sphère de gaz est égale à deux fois son énergie cinétique :
G .[mgaz.MBH]/ RBLR = mgaz. V²
la masse du trou noir peut alors s’écrire MBH = V² * RBRL / G
avec MBH masse du trou noir, V vitesse orbitale au rayon R et G constante gravitationnelle.
-la détermination de V s'obtient par la vitesse déduite de la valeur de FWHM de la raie H beta.
-le rayon de la région BRL est inaccessible directement mais les astronomes ont, à l'aide de mesures sur de nombreux échantillons, remarqué qu'il y avait une relation de proportionnalité entre la luminosité du continuum et le rayon :
R rayon de la BLR proportionnel à L luminosité du continuum exp1/2.
Cette relation a été étalonnée pour différente longueur d'onde, en particulier à 5100A (au repos) dans le visible.



Spectre
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Exploitation :
-redshift
la raie Halpha est mesurée à 6669A pour une valeur au repos de 6563A on en déduit z = 0.0161 soit une distance de 223 M a.l (68 M pc)
-Masse du trou noir
on a pris quatre spectres deux d'une étoile de référence dont la magnitude est connue et deux de la cible. Pour chaque objet on relève le spectre dans une fente normale de 23um et dans une fente large de 200um. La fente étroite procure un spectre de résolution voisine de 600 et le spectre dans la fente large permet de prendre la totalité du flux et donc de pouvoir calibrer l'axe vertical en unité physique, selon la méthode de C. Buil, voir
http://www.astrosurf.com/buil/calibrati ... ration.htm


on relève la FWHM de la raie Hbeta ainsi que le flux du continuum dans la région 5190A (5100A au repos) F(5100A) = 16.5 10exp-15 erg cm-2 s-1 A-1
(un peu plus sur la courbe observée mais on tiendra compte d'une contribution de la galaxie hôte de 9 10exp-15)
V FWHM = 1480 km/s et L 5100A = 0.51 10+44 erg/s
La masse du trou noir en masse solaire est donnée par la calibration de Traktenbrot & Netzer (2012)
https://arxiv.org/abs/1209.1096
M BH = C1 * (L5100) exp0.65 * (V FHMM) exp2 avec C1= 5.26
M BH = 7 10exp6 masse solaire
Ces valeurs sont proches de celles du document de A. Shapovalova (2017)
https://arxiv.org/abs/1701.01490

Contributeurs : Jacques Oddou, Jean-Michel Vienney, Michel Safir, Jean-Louis Virlichie
Merci de vos remarques que je pourrai prendre en compte pour un autre message
Pierre

Re: AGN Seyfert 1: NGC 7469

PostPosted: Sat Jan 11, 2020 8:12 pm
by etienne bertrand
Bonsoir,
Bravo pour le spectre il est superbe et toutes les raies sont bien résolues !!
Pour la masse du trou noir je ne sais pas, avoir les avis des boss du forum pour dire si c'est correct.
Belle observation.

Re: AGN Seyfert 1: NGC 7469

PostPosted: Mon Jan 13, 2020 11:05 am
by Pierre Traverse
Salut Etienne,
Premiere réponse a mon premier message sur le forum, merci Etienne.
Le sujet de la masse des trous noir est très débattu car c'est la principal caractéristique d'un trou noir (qui ne se défini que par 3 parametres, c'est un objet "sans complications"!!)
Vois ci joint deux pages sur le sujet par S Collin, une spécialiste, extrait de la revue l'Astronomie p8 et p9 de février 2019.

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J'ai utilisé la relation mentionnée dans l'article pour le calcul de la masse du trou noir.
M trou noir = R BLR * Vexp2 / G =env (L5100)exp1/2 * (V Hbeta)exp2 /G = Cte * (L 5100) exp0.65 * (FWHM Hbeta) exp2,
-graduer l'axe vertical en unité physique (pas en ADU comme d'habitude)
-comme c'est une mesure "secondaire" (on remplace une mesure de dimension du rayon de la region BRL (Broad Line Region) par une mesure d'une grandeur corrélée la luminosité a 5100A alors il faut une calibration; j'ai utilisé celle ci
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L'incertitude sur ce genre de mesure est élevée, S. Collin mentionne un facteur 3 et certainement que ma mesure est plutot a un facteur 5.
La fin de l'article mentionne une méthode plus precise (100 fois plus precise) mais elle nécessite d'utiliser le VLT en interferometrie (donc les 4 VLT a la fois), ce n'est plus le monde des amateurs!!

Re: AGN Seyfert 1: NGC 7469

PostPosted: Mon Jan 13, 2020 3:02 pm
by etienne bertrand
L'incertitude fait partie du jeu et c'est déjà amplement bon pour avoir une approche de la réalité. C'est comme calculer la taille d'une galaxie avec le redshift et les radians avec une photo, ça donne une approche de la galaxie savoir si elle est comme la moitié de la voie lactée, 2 fois plus grande, 10 fois..
Pour la calibration de ton spectre en flux, tu as prit une étoile de référence en flux ou c'est juste le titre de l'axe que tu as modifié ?
Pour ma part je ne m'y connais pas assez pour te conseiller, mais ton exercice est bien intéressant !
(je vais relire l'article de SCZ dans l'astronomie).

Re: AGN Seyfert 1: NGC 7469

PostPosted: Mon Jan 13, 2020 5:13 pm
by Pierre Traverse
-Masse du trou noir: protocole
on a pris quatre spectres deux d'une étoile de référence dont la magnitude est connue et deux de la cible. Pour chaque objet on relève le spectre dans une fente normale de 23um et dans une fente large de 200um. La fente étroite procure un spectre de résolution voisine de 600 et le spectre dans la fente large permet de prendre la totalité du flux et donc de pouvoir calibrer l'axe vertical en unité physique, selon la méthode de C. Buil, voir
http://www.astrosurf.com/buil/calibration2/absolute_calibration.htm
donc assez facile et rapide avec ISIS et fente photométrique de l'Alpy600
Tu peux deviner sur la photo (1er message) la forme de la fente, large en haut et plus de signal du fond de ciel ciel et étroite en bas avec la cible dans la fente étroite.

Re: AGN Seyfert 1: NGC 7469

PostPosted: Wed Jan 15, 2020 1:09 pm
by JP Nougayrede
Très intéressant Pierre ! Les AGN sont un sujet passionnant. J'ai quelques spectres de tels objets, je vais essayer de calculer la masse du trou noir. Merci pour les papiers qui décrivent cette méthode 8-)

Juste un détail, avec le théorème du viriel, tu devrais avoir M = 2RV²/G il me semble. Il y a peut être une erreur d'un facteur 2 dans ton calcul ?

Re: AGN Seyfert 1: NGC 7469

PostPosted: Wed Jan 15, 2020 2:46 pm
by Pierre Traverse
Bonjour Jean-Philippe,

Sous toute réserve!!
le theoreme du viriel donne Ec = -1/2 E p
Ec energie cinétique. C'est l'énergie cinétique des nuages de gaz de la BRL de masse m et de vitesse V : Ec = 1/2 m Vexp2
Ep energie potentielle. C'est l'energie potentielle des nuages de gaz (BRL) a distance R du trou noir, dans le champ gravitationel du trou noir de masse M : Ep = G * m * M / R
avec G constante gravitationnelle
alors M = R * Vexp2 / G
Voir
http://www.astro.spbu.ru/sobolev100/sites/default/files/p273_Gnedin.pdf

les astronomes ecrivent M BH = f R BLR * Vexp / G
c'est issu du theoreme du viriel et f est un parametre qui permet de sauver les apparences, qui depend de la virialisation des nuages, du champ de vitesse et de l'inclinaison de la galaxie par rapport a la ligne de visée. Dans l'application, comme c'est issu d'une calibration on se retrouve avec
M BH = C * L 5100 * (V FWHM)exp2
la calibration fournit la constante C qui peut etre differente selon les sources. De meme la luminosité est a 5100A au repos, si dispo (pour des AGN a pas trop fort Z) mais il exite des calibrations a d'autres long d'onde. Aussi la vitesse est issue de la FWHM de la raie large Hbeta de preference mais il y a d'autres raies possibles ainsi que le choix entre FWHM et sigma de la raie.
N'hesite pas a poser toute question sur le calcul, je suis "dedans" actuellement.

Re: AGN Seyfert 1: NGC 7469

PostPosted: Wed Jan 15, 2020 4:38 pm
by JP Nougayrede
Ok, je crois que j'ai compris; 2RV²/G c'est quand on considère un couple (d'étoile ou de galaxies dans un amas par exemple). Désolé pour la confusion. Et à l'échelle des AGN on n'est pas vraiment à un facteur 2 près ;)
Je suis en train de faire la mesure sur une Seyfert de Markarian, je reviens vers toi si j'ai d'autres questions.

Re: AGN Seyfert 1: NGC 7469

PostPosted: Wed Jan 15, 2020 5:47 pm
by etienne bertrand
Hello le team AGN,
Un ch'tit spectre prit il y a quelques jours... qu'est ce que c'est bien un C11 :mrgreen:
Est ce que vous auriez l'equation pour calculer la masse du trou noir sur un quasar ?
Lyman alpha arrive à 5121.7A ... z = 3.21 8-)
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Re: AGN Seyfert 1: NGC 7469

PostPosted: Wed Jan 15, 2020 5:49 pm
by Pierre Traverse
JP Nougayrede wrote:Ok, je crois que j'ai compris; 2RV²/G c'est quand on considère un couple (d'étoile ou de galaxies dans un amas par exemple). Désolé pour la confusion. Et à l'échelle des AGN on n'est pas vraiment à un facteur 2 près ;)
Je suis en train de faire la mesure sur une Seyfert de Markarian, je reviens vers toi si j'ai d'autres questions.


Merci de nous tenir au courant, les spectres de galaxies actives ne sont pas si courants.
Pierre