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astronomia
Tipologia: Notas de estudo
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Para meu tio, Ranulfo.
Índice Geral
V.4.1 Comparação com as curvas em raios-X do RXTE-ASM ................................. 78 V.4.2 Comportamento espectral ............................................................................... 83
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VI.1 OBSERVAÇÕES NO ÓPTICO ..................................................................................... 89 VI.2 OBSERVAÇÕES NO INFRAVERMELHO PRÓXIMO ...................................................... 90 VI.3 CALIBRAÇÃO DAS MEDIDAS^ ................................................................................... 91 VI.4 AS CURVAS DE LUZ RESULTANTES E A RELAÇÃO ENTRE AS DIFERENTES BANDAS ESPECTRAIS .................................................................................................................... 92 VI.4.1 PKS 2005-489 ................................................................................................ 93 VI.4.2 PKS 2155-304 .............................................................................................. 116 VI.5 O ESPECTRO CONTÍNUO E O COMPORTAMENTO DO ÍNDICE ESPECTRAL ............... 133 VI.5.1 PKS 2005-489 .............................................................................................. 134 VI.5.2 PKS 2155-304 .............................................................................................. 138 VI.6 ESTIMATIVAS DO DUTY CYCLE............................................................................. 146 VI.7 OUTRAS MONITORIAS REALIZADAS...................................................................... 147 VI.7.1 PKS 0537-441 .............................................................................................. 148 VI.7.2 AO 0235+164............................................................................................... 152 VI.7.3 3C 273 .......................................................................................................... 156
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VII.1 OBSERVAÇÕES SIMULTÂNEAS NO INFRAVERMELHO PRÓXIMO E EM POLARIMETRIA ÓPTICA ......................................................................................................................... 158 VII.1.1 A Campanha observacional........................................................................ 159 VII.1.2 Análise dos dados ....................................................................................... 160 VII.2 MONITORAMENTO EM ESCALAS DE TEMPO LONGAS NO INFRAVERMELHO PRÓXIMO ..................................................................................................................................... 162
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Índice de Figuras
Figura II.1: Distribuição de energia espectral (SED) típica para AGNs rádio quiet e rádio loud. As áreas destacadas (em rádio) indicam os prováveis limites do índice
Figura II.2: a) Mapa em rádio do quasar NRAO 140, obtido através de técnicas de VLBI. Estão indicadas diversas componentes do jato, sendo ’A’ a fonte central. b) Espectro rádio do quasar NRAO 140 (Marscher & Broderick 1985).............................. 30 Figura II.3: SED característica dos blazares, com duas componentes, sendo uma síncrotron e a outra provavelmente devida ao efeito Compton inverso. Dependendo da região do pico, os objetos são classificados como LBL (ou FSRQ) ou HBL. Extraída de Urry (1999). ...................................................................................................................... 34 Figura II.4: SEDs médias para um conjunto de 126 blazares amostrados de acordo com a luminosidade em 5 GHz. Extraído de Fossati et al. (1998)........................................... 35 Figura III.1: Relação esperada entre o fluxo e a freqüência no espectro durante as três fases da evolução de um choque no jato: Compton (1-2), Síncrotron (2-3) e Adiabática (3-4) (Marscher 1990). ..................................................................................................... 43 Figura IV.1: Curva de luz do flare em raios-X ocorrido em novembro de 1998 em PKS 2005-489 em três diferentes faixas de energia (Perlman et al. 1998).............................. 50 Figura IV.2: Distribuição espectral de energia de PKS 2005-489. ................................ 51 Figura IV.3: Curva de luz de PKS 2155-304 no UV, filtro V e polarimétrica (também no V) obtida por Urry et al. (1997). No início da monitoria no UV nota-se a existência de uma diminuição e aumento de brilho muito rápido.......................................................... 54 Figura IV.4: Observações multibanda do PKS 2155-304 realizadas em 1994. Em torno de 2449450 foi observado um decréscimo de brilho, seguido de um retorno ao nível normal em escala de tempo de poucos dias. Figura extraída de Pesce et al. (1997)....... 55 Figura IV.5: Distribuição espectral de energia de PKS 2155-304 e ajuste de modelo de jato não homogêneo feito por Ghisellini et al. (1985), sobre os dados coletados por
Maraschi et al. (1983). Nas freqüências rádio o jato é considerado cônico enquanto que, do IR até raios-X é considerado um parabolóide............................................................. 56 Figura IV.6: Curva de luz do 3C 279 em magnitude fotográfica, mostrando os dois grandes flares. Figura extraída de Hartman et al. (1996). .............................................. 58 Figura IV.7: SED do blazar 3C 279 em diferentes épocas e níveis de atividades (Hartman et al. 2001a). .................................................................................................... 59 Figura IV.8: Espectro e distribuição de energia espectral (SED) para o quasar 3C 273 (Lichti et al. 1995)............................................................................................................. 61 Figura V.1: Comparação entre a resposta do filtro usado no círculo meridiano (VVal) e o filtro V de Johnson. Figura extraída de Dominici et al. (1999a). .................................... 64 Figura V.2: Curva de luz diferencial do BL Lac PKS 2005-489 de 1996 a 2000. .......... 69 Figura V.3: Sobreposição dos picos detectados nas curvas de luz de 1996, 1998 (dois picos), 1999 e 2000 para o PKS 2005-489. As escalas de magnitude e tempo foram arbitrariamente deslocadas para uma melhor comparação. ........................................... 70 Figura V.4: Curva de luz diferencial do BL Lac PKS 2155-304 de 1996 a 1999. .......... 72 Figura V.5: Detalhes da variabilidade rápida observada em 1999 no BL Lac PKS 2155-
304. Abaixo temos a curva de luz de controle. ................................................................. 73 Figura V.6: Curva de luz diferencial do quasar 3C 273 de 1996 a 2000. a) foram
Figura V.7: Comparação entre as curvas de luz no óptico e em raios-X no caso do PKS 2005-489, em cima: curva de luz do ASM reamostrada com a média de dois pontos em um intervalo máximo de tempo de 4 dias. Em baixo: os mesmos dados em raios-X reamostrados com média de cinco pontos em um intervalo máximo de 2 dias................ 80 Figura V.8: Comparação entre as curvas de luz no óptico e em raios-X no caso do PKS 2155-304, em cima: curva de luz do ASM reamostrada com a média de dois pontos em um intervalo máximo de tempo de 4 dias. Em baixo: os mesmos dados em raios-X reamostrados com média de cinco pontos em um intervalo máximo de 2 dias................ 81 Figura V.9: Comparação entre as curvas de luz no óptico e em raios-X no caso do quasar 3C 273. A curva de luz do ASM foi reamostrada com a média de dois pontos em
Figura VI.12: Curva de luz diferencial do PKS 2005-489 em todos os filtros para as noites de 10, 11 e 12/08/01. ............................................................................................ 107 Figura VI.13: Curva de luz diferencial do PKS 2005-489 e curva de luz de controle no filtros B, V, R e I para a noite de 10/08/01. ................................................................... 108 Figura VI.14: Curva de luz diferencial do PKS 2005-489 e curva de luz de controle no filtros J e H para a noite de 10/08/01. .......................................................................... 109 Figura VI.15: Curva de luz diferencial do PKS 2005-489 e curva de luz de controle no filtros B e V para a noite de 11/08/01........................................................................... 109 Figura VI.16: Curva de luz diferencial do PKS 2005-489 e curva de luz de controle no filtros R, I, J e H para a noite de 11/08/01. .................................................................. 110 Figura VI.17: Curva de luz diferencial do PKS 2005-489 e curva de luz de controle nos filtros B, V, R e I na noite de 12/08/01............................................................................ 111 Figura VI.18: Curva de luz diferencial do PKS 2005-489 e curva de luz de controle no J e H para a noite de 12/08/01. ........................................................................................ 112 Figura VI.19: Curva de luz diferencial do PKS 2005-489 e curva de luz de controle no filtro H para as noites de 16 e 17/07/01. ........................................................................ 114 Figura VI.20: Variação de brilho no infravermelho próximo (filtros J e H) em escalas de tempo longas para PKS 2005-489. ................................................................................. 115 Figura VI.21: Curva de luz do PKS 2155-304 nas noites de 16, 17 e 18/07/01 nos filtros B, V, R, I, J e H. .............................................................................................................. 118 Figura VI.22: Curva de luz diferencial do PKS 2155-304 e curva de luz de controle no filtros B, V, R e I para a noite de 16/07/01. ................................................................... 119 Figura VI.23: Curva de luz diferencial do PKS 2155-304 e curva de luz de controle nos filtros J e H na noite de 16/07/01.................................................................................... 120 Figura VI.24: Curva de luz diferencial do PKS 2155-304 e curva de luz de controle nos filtros B e V na noite de 17/07/01. .................................................................................. 120 Figura VI.25: Curva de luz diferencial do PKS 2155-304 e curva de luz de controle no filtros R, I, J e H para a noite de 17/07/01. ................................................................... 121 Figura VI.26: Curva de luz diferencial do PKS 2155-304 e curva de luz de controle no filtros B, V, R e I para a noite de 18/07/01.. .................................................................. 122
Figura VI.27: Curva de luz diferencial do PKS 2155-304 e curva de luz de controle nos filtros J e H na noite de 18/07/01.................................................................................... 123 Figura VI.28: Curva de luz do PKS 2155-304 na noite de 12/08/01, apresentando variações de brilho nos filtros B, V, R, I e J. .. ............................................................... 124 Figura VI.29: Curva de luz diferencial do PKS 2155-304 e curva de luz de controle no filtros B, V, R e I para a noite de 12/08/01. ................................................................... 125 Figura VI.30: Curva de luz diferencial do PKS 2155-304 e curva de luz de controle nos filtros J e H na noite de 12/08/01.................................................................................... 126 Figura VI.31: Curva de luz diferencial do PKS 2155-304 e curva de luz de controle nos filtros V e R na noite de 10/11/01. .................................................................................. 126 Figura VI.32: Curva de luz diferencial do PKS 2155-304 e curva de luz de controle nos filtros J e H na noite de 10/11/01.................................................................................... 127 Figura VI.33: Comparação entre as curvas de luz de PKS 2155-304 nos filtros V e R na noite de 10/11/01............................................................................................................. 127 Figura VI.34: Curva de luz do PKS 2155-304 cobrindo as campanhas de julho, agosto e novembro de 2001. A amplitude destas variações não é a mesma para todos os filtros, variando entre cerca de 0.1 (filtro R) até 0.4 magnitudes (Filtro B). ............................ 129 Figura VI.35: Curva de luz diferencial do PKS 2155-304 e curva de luz de controle nos filtros J e H na noite de 08/07/02.................................................................................... 130 Figura VI.36: Curva de luz diferencial do PKS 2155-304 e curva de luz de controle nos filtros J e H na noite de 10/07/02.................................................................................... 130 Figura VI.37: Variação de brilho no infravermelho próximo (filtros J e H) em escalas de tempo longas para PKS 2155-304. ................................................................................. 132 Figura VI.38: Espectro contínuo de PKS 2005-489. Em vermelho são mostradas as nossas observações em julho e agosto de 2001 e julho de 2002 comparadas ao modelo de Padovani et al. (2001) para os anos de 1996 e 1998. Os dados nos quais os modelos foram baseados estão indicados na Figura. ................................................................... 136 Figura VI.39: Evolução espectral das nossas observações do PKS 2005- comparados ao modelo de Padovani et al. (2001). ........................................................ 137 Figura VI.40: Espectro contínuo de PKS 2155-304. Em vermelho são mostradas as nossas observações obtidas em julho, agosto e novembro de 2001 e julho de 2002,
Figura VII.1: Curva de luz resultante do monitoramento no infravermelho e polarimétrico do 3C 279 no filtro V, entre as noites de 8 a 11 de março de 2002. A ser publicado em Andruchow et al. (em preparação). ......................................................... 161 Figura VII.2: Curva de luz diferencial do 3C 279 nos filtros J e H, com observações realizadas entre março e maio de 2002.......................................................................... 164 Figura VII.3: Curvas de luz do 3C 279 e curvas de luz de controle nos filtros J e H, com observações realizadas entre março e maio de 2002. Estão indicadas as estrelas utilizadas como referência e controle (Figura A.6)........................................................ 166 Figura A.1: Campo do BL Lac PKS 2155-304, onde indicamos as estrelas usadas na fotometria diferencial em observações feitas com o Círculo Meridiano........................ 180 Figura A.2: Campo do BL Lac PKS 2005-489, onde indicamos as estrelas usadas na fotometria diferencial em observações feitas com o Círculo Meridiano........................ 181 Figura A.3: Campo do quasar 3C 273, onde indicamos as estrelas usadas na fotometria diferencial em observações feitas com o Círculo Meridiano. ........................................ 182 Figura A.4: Campo do BL Lac PKS 2155-304, onde indicamos as estrelas usadas na fotometria diferencial nas observações feitas no LNA. .................................................. 183 Figura A.5: Campo do BL Lac PKS 2005-489, onde indicamos as estrelas usadas na fotometria diferencial nas observações feitas no LNA. Em lilás, e indicada por G, está a galáxia cuja curva de luz está mostrada na Figura VI.9................................................ 184 Figura A.6: Campo do blazar 3C 279............................................................................ 185 Figura A.7: Campo do BL Lac PKS 0537-441. ............................................................. 186 Figura A.8: Campo do BL Lac AO 0235+164............................................................... 187
Índice de Tabelas
Tabela IV.1: Informações básicas sobre as fontes consideradas neste trabalho. Os dados são de Véron-Cetty & Véron 1998.................................................................................... 48 Tabela V.1: Dados básicos sobre as fontes e seu monitoramento. Os redshifts e magnitudes V foram copilados de Véron-Cetty & Véron (1998), o valor médio de VVal é dado para comparação com o V de Johnson, N é o número de imagens processadas e tint é o tempo de integração no modo drift scanning.............................................................. 65 Tabela V.2: Estrelas escolhidas como referência e controle nos campos das fontes
No caso de 3C 273 foram usadas as estrelas de referência e comparação sugeridas por Smith et al. (1985)............................................................................................................. 67 Tabela V.3: Fluxos médios observados nos diferentes anos para PKS 2005-489 e PKS
Tabela VI.1: Resumo das campanhas observacionais para o BL Lac PKS 2005-489. Nas colunas estão mostradas as datas das observações, os filtros utilizados, o número de imagens aproveitadas em cada caso e uma indicação da detecção ou não de variações de brilho dentro de cada noite............................................................................................... 94 Tabela VI.2: Resumo das campanhas observacionais para o BL Lac PKS 2155-304. Nas colunas estão mostradas as datas das observações, os filtros utilizados, o número de imagens aproveitadas em cada caso e uma indicação da detecção ou não de variações de brilho dentro de cada noite............................................................................................. 117 Tabela VI.3: Correções de avermelhamento adotadas para as duas fontes estudadas. 134 TabelaVI.4: Índices espectrais calculados para PKS 2005-489.................................... 137 TabelaVI.5: Índices espectrais calculados para PKS 2155-304. A passagem de nuvens
Tabela B.1: Dados da curva de luz do BL Lac PKS 2155-304, construída com dados do Círculo Meridiano. ......................................................................................................... 188
Tabela B.17: Dados da curva de luz do BL Lac PKS 0537-441 no filtro H. A dispersão das curvas de luz de controle é de 0.05 e 0.02 magnitudes nas observações de novembro/2001 (JD ~ 2452221) e março/2002.............................................................. 209 Tabela B.18: Dados da curva de luz do blazar 3C 279 no filtro J................................. 210 Tabela B.19: Dados da curva de luz do blazar 3C 279 no filtro H. .............................. 211 Tabela B.20: Dados da curva de luz do blazar 3C 279 no filtro B. A dispersão das curvas de luz de controle é de 0.16 magnitudes. ........................................................................ 212 Tabela B.21: Dados da curva de luz do blazar 3C 279 no filtro V. A dispersão das curvas de luz de controle é de 0.07 magnitudes. ........................................................................ 212 Tabela B.22: Dados da curva de luz do blazar 3C 279 no filtro R. A dispersão das curvas de luz de controle é de 0.08 magnitudes. ........................................................................ 213 Tabela B.23: Dados da curva de luz do blazar 3C 273 no filtro B. A dispersão das curvas de luz de controle é de 0.005 magnitudes. ...................................................................... 213 Tabela B.24: Dados da curva de luz do blazar 3C 273 no filtro V. A dispersão das curvas de luz de controle é de 0.05 magnitudes. ........................................................................ 214 Tabela B.25: Dados da curva de luz do blazar 3C 273 no filtro R. A dispersão das curvas de luz de controle é de 0.05 magnitudes. ........................................................................ 214
Resumo
A observação das variações de brilho em AGNs é uma ferramenta importante para o estudo de suas propriedades físicas e geométricas. Entretanto, para obter vínculos efetivos para as mesmas é necessário estudar a relação entre a variabilidade detectada em diferentes faixas de energia e escalas de tempo. Apresentamos aqui o estudo da variação na densidade de fluxo em alguns blazares no óptico e no infravermelho próximo, em escalas de tempo que variam de poucos minutos a alguns anos. Este trabalho representa uma contribuição inédita e importante, apesar de ter sido obtida com telescópios de pequeno porte. Inicialmente, aproveitando a base de dados do Círculo Meridiano de Valinhos construída ao longo de cinco anos, estudamos o comportamento da variabilidade de três fontes: o quasar 3C 273 e os BL Lacs PKS 2155-304 e PKS 2005- 489, sendo que, no caso deste último objeto, as variações de brilho até então só haviam sido estudadas com detalhes em raios-X. Buscando formar um cenário mais completo, realizamos observações multibanda simultâneas destas mesmas fontes no óptico e infravermelho próximo (B, V, R, I, J e H) em escalas de tempo muito curtas, construindo assim um panorama bastante completo sobre o comportamento dos objetos em distintas escalas de tempo, além de registrarmos a primeira detecção de variabilidade no infravermelho próximo em escalas de tempo da ordem de minutos (< 10 minutos) em um BL Lac. Finalmente, fizemos observações no infravermelho próximo do blazar 3C 279 ao longo de três meses e, em um trabalho de colaboração com pesquisadores do IAR/UNLP (Argentina), realizamos medidas simultâneas em escalas de tempo curtas no IR e polarização no óptico. De maneira geral as curvas de luz não apresentam evidências de periodicidade e também não encontramos correlações entre as variações em escalas de tempo longas no óptico e em raios-X, onde utilizamos os dados do All Sky Monitor (1.5-12 keV). Nas observações multibanda, as variações rápidas nem sempre são detectadas em todas as bandas observadas enquanto que, em escalas de tempo longas a atividade foi observada
Abstract
The observation of brigthness variations in AGNs is an important tool for the study of their physical and geometrical properties. However, to obtain effective constrains for these properties it is necessary to study the relation between the variability in different energy bands. In this work we present the study of variability in the flux density of some blazars at optical and near infrared wavelengths, in time scales that vary between few minutes to several years. This work represents a new and important contribution, despite the fact that they have been made with small telescopes. First, using a five year database obtained with the Valinhos’s meridian circle, we studied variability in three sources: the quasar 3C 273, and the BL Lacs PKS 2155-304 and PKS 2005-489. In this last object, only the variations in the X-rays range were studied in detail before this work. To form a more general scenario, we carried out multiwavelength simultaneous observations at optical and near infrared bands (B, V, R, I, J e H) for very short time scales, constructing a complete picture of the behavior of the studied sources in several time scales. Besides, we obtained the first detection of variability at the infrared in time scales of few minutes (< 10 minutes) in a BL Lac object. Finally, we made near infrared observations of blazar 3C 279 during three months and, in a collaboration with IAR/UNLP researchers, we carried out simultaneous short time scale observations at the near infrared and optical polarimetry. In general, the resulting light curves do not show any evidence of periodicity and we did not find correlation between long time scale variability at optical and X-rays, obtained from All Sky Monitor database (1.5-12 keV). In the multiwavelenght observations, the rapid variations were not always detected at all observed bands even thought, in longer time scales, activity was observed in all filters. In PKS 2005-489 rapid variations were observed in the V and R bands, with a delay of about 30 minutes, with the variation appearing first at the R band, which is the contrary to what is predicted by the shocks-in-jet model or what is expected to be observed in the emission of the accretion
disk when the central source vary. We proposed a new mechanism, considering a supermassive binary black hole scenario, where a perturbation could be caused by the secondary black hole, moving in a non coplanar orbit with the accretion disk, propagating from the external part of the disk to the center, which could produce variability first in the longer wavelengths, as was observed. For PKS 2155-304, we found a correlations between the optical spectral index and magnitude for long time scales variations but, during the night when well correlated rapid variations were observed at optical and near infrared wavelengths, the mean spectral index deviated from the correlation, showing that different mechanisms are responsible for the brightness variations at different time scales. We estimated the duty cycle based on the microvariability behavior of the two better studied sources as DC = 30.6%, compatible with the value of 29.7% found by Romero et al. (1999) for XBLs. The mean flux densities and their temporal evolution were compared with published data at several frequencies and epochs and with spectral energy distribution (SED) models, found in the literature. In the case of 3C 279, we detected infrared intraday variations well correlated with the variations in the angle and degree of optical polarization.
