Vztah mezi Bondiho akrecí a energií jetů v obřích eliptických galaxiích

Bc. Tomáš Plšek

Master's thesis

The relation between the Bondi accretion rate and jet power in giant elliptical galaxies

Abstract:

Tato práce zkoumá rádiové laloky a rentgenové dutiny v atmosférách masivních galaxií a jejich závislost na zpětné vazbě aktivních galaktických jader poháněné akreujícími supermasivními černými děrami. Potvrdili jsme závislost mezi Bondiho akrečními výkony a mechanickými výkony relativistických výtrysků, kterou dříve pozoroval Allen a kol. (2006). Silná korelace je však pozorována pouze u galaxií s tepelně nestabilní atmosférou obsahující známky chladného plynu. Získaný vztah je velmi blízký lineární závislosti a za předpokladu, že akrece probíhá opravdu ve sférickém Bondiho režimu, výsledky ukazují, že asi 0,8 procent klidové hmotnosti akreované hmoty se přemění na energii pozorovaného jetu. Ukazuje se však, že tento vztah je důsledkem korelace mezi mechanickými výkony výtrysků a hmotnostmi centrálních supermasivních černých děr. Uvádíme také pozoruhodné souvislosti mezi řadou fyzikálních parametrů horkých galaktických atmosfér a centrálních aktivních galaktických jáder. Mimo to byl pozorován značný a nevysvětlený rozpor mezi jednotlivými metodami pro odhad výkonů relativistických výtrysků. Ve druhé části této práce představujeme nástroj CAvity DEtection Tool (CADET), jež využívá metod strojového učení a který byl vyvinut pro vyhledávání a odhadování velikostí rentgenových dutin na zašuměných původních snímcích z rentgenové observatoře Chandra. Předpovědi této sítě jsme porovnali s vizuálně identifikovanými rentgenovými dutinami a představili jsme využití této sítě pro hledání nových dutin v méně prozkoumaných galaktických systémech. Budoucí vylepšení a zdokonalení této sítě, která již vedla k objevu 5 dříve neznámých dutin prezentovaných v této práci, může vést k dalekosáhlému pokroku v našem chápání radio-mechanické zpětné vazby aktivních galaktických jader.

Abstract:

The thesis explores radio lobes and X-ray cavities in hot atmospheres of massive galaxies and their connection to AGN feedback powered by accreting supermassive black holes. We have confirmed the correlation between Bondi accretion rate and mechanical jet power previously reported by Allen et al. (2006). However, a strong correlation is observed only for galaxies with thermally unstable atmospheres containing signs of cool gas tracers. The obtained relation is very close to linear, and assuming the accretion is really spherical and Bondi-like, the results indicate that about 0.8 percent of the rest mass of the accreted matter is converted to the observed jet energy. We show that the observed relation is a consequence of an underlying correlation between the mechanical jet power and the mass of the central supermassive black hole. We also report remarkable connections between a number of physical parameters of hot galactic atmospheres and of the central AGN engines. Besides that, a considerable and unexplained discrepancy between individual jet power estimating methods was observed. In the second part of the thesis, we present the developed machine learning pipeline CAvity DEtection Tool (CADET) which was trained for finding and size-estimating arbitrary surface brightness depressions (X-ray cavities) on noisy Chandra images of galaxies. Predictions of the CADET network are compared with visually identified X-ray cavities and the utilization of the pipeline for finding new cavities in less explored galactic systems is presented. Future work on improving and refining the CADET pipeline, which already led to the discovery of 5 previously unknown cavities presented in this thesis, might lead to far-reaching advances in our understanding of radio-mechanical AGN feedback.

Keywords

obří eliptické galaxie, radiové galaxie, aktivní galaxie, zpětná vazba AGN, rentgenové dutiny, Bondiho akrece, giant ellipticals, radio galaxies, active galaxies, AGN feedback, X-ray cavities, Bondi accretion, CADET

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 6. 2021

Thesis defence

• Date of defence: 28. 6. 2021
• Supervisor: doc. Mgr. Norbert Werner, Ph.D.
• Reader: Mgr. Filip Hroch, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Physics / Astrophysics