Stars in the galactic centre [Elektronische Ressource] : sources and probes of the accretion flow / Jorge R. Cuadra Stipetich

Jorge Cuadra-Stipetich

Sujets

• Astronomie

Informations

• Publié par: ludwig-maximilians-universitat_munchen
• Publié le: 01 janvier 2006
• Nombre de lectures: 18
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 1 Mo

Extrait

Stars in the Galactic Centre:
Sources and Probes of the Accretion Flow
DISSERTATION
der Fakult at fur Physik
der Ludwigs-Maximilians-Universit at Munc hen
zur Erlangung des Grades
Doktor der Naturwissenschaften
Dr. rer. nat.
vorgelegt von
Jorge R. Cuadra Stipetich
aus San Bernardo, Chile
Munc hen, den 26. Oktober 2006.
1. Gutachter: Prof. R. A. Sunyaev
2.hter: Prof. R. Bender
Tag der mundlic hen Prufung: 24. Oktober 2006\Now there’s a look in your eyes
Like black holes in the sky"
(Roger Waters)ivAbstract
6In the centre of our Galaxy lies Sgr A*, a 3:5 10 solar mass black hole,
immersed in a star cluster with dozens of massive stars. The very low luminosity
of Sgr A*, and the presence of young stars in the close proximity of a super-
massive black hole, make the Galactic centre a very interesting region on its
own. Moreover, its proximity allows the study of the physics of galactic nuclei
with a level of detail unattainable in any other system.
In this thesis, we rst show that the interaction of massive stars with an
accretion disc would appear as strongly variable emission in the near infra-red.
Since observations have not shown this variability, we strongly constrain the
current existence of such a disc in the Galactic centre. We argue however that
a massive gaseous disc existed around Sgr A* only a few million years ago.
The evidence for this idea comes from the presence of young massive stars in
two stellar discs. We estimate the properties of the gaseous disc that gave
rise to the massive stars, and we analyse the stellar orbits to constrain this
scenario. A related but separate topic presented here is the role of the stellar
winds expelled by the same stars in feeding Sgr A* and shaping its immediate
gaseous environment. We nd that a fraction of these stellar winds form cold
clumps that coexist with the X-ray emitting gas, forming a two-phase medium.
Only a small fraction of the gas is captured by Sgr A*, with an accretion rate
strongly variable on time-scales of hundreds of years. This variability suggests
that the time-averaged energy output of Sgr A* may be much larger than what
is currently observed.
vviZusammenfassung
Im Zentrum der Milchstra e be ndet sich, eingebettet in einen Sternhaufen mit
Dutzenden massereicher Sterne, das Schwarze Loch Sgr A* mit einer Masse von
63:5 10 Sonnenmassen. Die geringe Leuchtkraft von Sgr A* sowie die An-
wesenheit junger Sterne in der unmittelbaren Umgebung dieses supermassiven
Schwarzen Lochs machen das Galaktische Zentrum zu einer sehr interessanten
Region. Darub erhinaus erlaubt seine geringe Entfernung die Untersuchung der
Physik galaktischer Kerne mit einer in keinem anderen System erreichbaren
Detailliertheit.
In dieser Arbeit zeigen wir zuerst, dass die Wechselwirkung von massere-
ichen Sternen mit einer Akkretionsscheibe sich als stark variable Emission im
nahen Infraroten au erst. Da eine derartige Variabilit at nicht beobachtet wird,
k onnen wir strenge Schranken fur eine derartige Scheibe im Galaktischen Zen-
trum der Gegenwart angeben. Wir argumentieren allerdings, dass eine massere-
iche Gasscheibe vor wenigen Millionen Jahren um Sgr A* existiert hat. Gestutzt
wird diese Annahme durch die Anwesenheit junger massereicher Sterne, die in
zwei Ebenen angeordnet sind. Wir sch atzen die Eigenschaften der Gasscheibe,
aus der die massereichen Sterne entstanden, ab und analysieren die stellaren
Orbits, um dieses Szenario zu quanti zieren. Ein verwandtes, aber separates
Thema, welches hier diskutiert wird, befasst sich mit der Rolle der Sternwinde,
die von eben jenen Sternen emittiert werden, fur Sgr A* und seine unmittel-
bare gashaltige Umgebung. Wir kommen zu dem Schluss, dass ein Teil dieser
Sternwinde kalte Klumpen bildet, die mit dem im R ontgenbereich emittieren-
den Gas koexistieren und somit ein zwei-Phasen-Medium bilden. Nur ein kleiner
Bruchteil des Gases wird von Sgr A* akkretiert, wobei die Akkretionsrate auf
Zeitskalen von einigen hundert Jahren stark schwankt. Diese Variabilit at l asst
die Vermutung zu, dass die zeitlich gemittelte Energieabgabe durch Sgr A*
weitaus st arker sein k onnte als die gegenw artig beobachtete.
viiviiiResumen
6En el centro de la V a L actea se encuentra Sgr A*, un agujero negro de 3:510
masas solares rodeado por docenas de estrellas masivas. La baja luminosidad de
Sgr A* y la presencia de estrellas j ovenes muy cerca de un agujero negro super-
masivo hacen que el centro gal actico sea una regi on de por s muy interesante.
Pero lo m as importante es que su proximidad nos permite estudiar la f sica de
nucleos gal acticos con un nivel de detalle inalcanzable en ningun otro sistema.
En esta tesis, primero mostramos que la interacci on entre estrellas masivas
y un disco de acreci on ser a detectada como emisi on variable en el infrarrojo
cercano. Como esta variabilidad no ha sido observada, encontramos que es
muy dif cil que un disco exista actualmente en el centro de la V a L actea. Sin
embargo, argumentamos que hubo un disco masivo alrededor de Sgr A* hace
s olo unos millones de anos.~ La presencia de estrellas j ovenes masivas en dos
discos estelares da evidencia en favor de esta idea. Estimamos las propiedades
del disco de gas que origin o las estrellas, usando tambien las orbitas de las
estrellas que se observan hoy en d a. Otro tema relacionado que presentamos
aqu es el rol de los vientos de estas mismas estrellas en el crecimiento de Sgr A*
y la morfolog a del ambiente gaseoso. Encontramos que parte de los vientos
estelares forman grumos fr os que quedan inmersos en el gas caliente que emite
en rayos X. S olo una pequena~ fracci on del gas es capturado por Sgr A*, con una
tasa de acreci on que var a fuertemente en escalas de tiempo de cientos de anos.~
Esta variabilidad sugiere que la energ a promedio liberada por Sgr A* puede ser
mucho m as grande que lo que se observa actualmente.
ixx