The active galactic nuclei (AGN) residing at the center of some galaxies are known to have a complex structure of clouds. These clouds are composed by gas and/or dust, being the latter confined to the outer radii due to the strong radiation field of the AGN. The importance of this component is key due to its role on the obscuration of the inner accretion disk and high ionized regions, and, therefore, responsible for some of the diversity of AGN classes observed. Despite the enormous amount of effort put into studying its composition, morphology, and distribution, little is known on the subject. We know it must be anisotropic or differentiate among AGN to explain the AGN classes. We also know that the dust must be, at least partially, arranged within clouds because the thickness of the structure dynamically implies high velocities that would destroy the dust due to the high temperatures. Indeed, gas should also be arranged within clouds, because this is the natural explanation for line-of-sight absorption variations seen in many AGN. The main difficulty on the study of this obscuring material is its physical extension (smaller than a dozen of parsec), which prevents in most cases to spatially resolve it with current the state-of-the-art instruments. Although this project aims the image the AGN dust for a few optimal AGN with ALMA, it mainly relies on the analysis of the spectral energy distribution (SED), focused on the main emitting signatures, i.e., (1) the mid-infrared continuum where dust re-emitted the light absorbed at optical/UV radiations and (2) the X-ray reflection which is thought to be produced by neutral gas reprocessing the accretion disk emission at the inner wall of this obscuring structure. The main assumption is that spectral modeling will give information on the morphology, composition, and distribution of the intervening material. In fact, this assumption is fully confirmed in our latest works. The final goal of the projects it to collect all kind of evidences to give the most complete picture of dust and gas around AGN. We will show by the end of the project which is the best model (among the currently available SED libraries) describing the data. We also believe that these components should evolve along the duty cycle of the AGN activity. Therefore, it is also the scope of this project to study how this component evolves along the AGN evolution using (1) large AGN samples, with each of the AGN in a different evolutionary stage, and (2) studying the link between nuclear and circumnuclear obscuration that might track this evolution and connect it to the AGN feeding process. The project will use a large collection of proposed models at both mid-infrared and X-ray wavelengths. From the observational point of view, we will include the best current facilities (e.g. NuSTAR or CanariCam/GTC), using publicly available, group proprietary, and new data. We will also apply for observations to the soon-to-be-launched JWST facility, that will provide unprecedented spatial resolution and sensitivity to study AGN dust. All these results will be used to find model improvements that could yield to a better understanding of the AGN torus, by suggesting new (and more realistic) SED models.

En los últimos años hay cada vez más argumentos que sugieren que los núcleos de galaxia activos (AGNs, por sus siglas en inglés, Fabian+79) son ciclos de actividad a lo largo del crecimiento del SMBH de unos 100,000 años (Schawinski+15). Estos ciclos de actividad están muy estudiados en otros sistemas con acrecimiento a un objeto central. En particular, los tiempos de evolución de los agujeros negros en binarias de rayos X (BHXBs, por sus siglas en inglés) han permitido trazar estos ciclos encontrando que en esencia pasan por dos estados evolutivos. El primero es relativamente eficiente en alimentar el BH central, donde el brillo de la fuente aumenta. El segundo es un estado donde el sistema se vuelve ineficiente en el acrecimiento de material hacia el objeto central, disminuyendo su brillo (Belloni+05). La diferencia estructural es la rotura del disco de acrecimiento en el estado ineficiente. La pregunta que surge naturalmente es ¿Estos estados evolutivos pasan también en los AGNs? Este proyecto pretende arrojar luz a esta pregunta. Desafortunadamente, aún cuando los estados evolutivos existan, las escalas de evolución de estos ciclos no permiten ver como un AGN transita por ellos. Sin embargo, muchos de los núcleos activos presentan propiedades distintas, agrupándose en clases. Este proyecto se sustenta en la hipótesis de que al menos algunas de estas clases pueden ser estados evolutivos distintos de un mismo proceso. De hecho, muchos autores han confirmado que al menos los AGNs de luminosidades intermedias (ILAGNs, por sus siglas en inglés) y los más luminosos (HLAGNs, por sus siglas en inglés) parecen estar en un estado relativamente eficiente (Sowolewska+11; González-Martín+12). Hasta ahora el Modelo Unificado (UM, por sus siglas en inglés, Antonucci+93) propone que muchas de estas clases reflejan el mismo mecanismo donde el ángulo de visión es responsable de las diferencias observadas. Aunque no discutimos la veracidad de las componentes propuestas en el UM y su certeza al explicar muchas de las familias de AGNs bajo un único escenario, creemos que este modelo no es capaz de explicar toda la diversidad de AGNs en el Universo. En este sentido nuestro proyecto se sustenta en la hipótesis de que una combinación del UM y estados evolutivos distintos son necesarios para entender a los AGNs. En concreto este proyecto estudiará AGNs de baja luminosidad (LLAGNs, por sus siglas en inglés). Los LLAGNs han sido ampliamente discutidos en la literatura porque su naturaleza activa era una incógnita (e.g. Fillipenko+94). Hoy en día creemos que sí hospedan un núcleo activo (Satyapal+05; González-Martín+09A) y la cuestión abierta es cual es el motivo de sus propiedades observadas (Ho+08). Bajo el prisma de que los LLAGNs puedan ser un estado evolutivo distinto en el ciclo general de los AGNs, resultan además ser de enorme relevancia porque se caracterizan por ser objetos bastante ineficientes y poco luminosos. En este sentido son la única familia de AGNs parecida al estado de las BHXBs donde el disco de acrecimiento se trunca pudiendo llegar a desaparecer. Teniendo en cuenta que estos ciclos son parpadeos de activad dentro del proceso de crecimiento del SMBH, los LLAGNs pueden corresponder al ‘momento’ en que el núcleo activo enciende o apaga su actividad. Es importar por ello resaltar que es posible que estudiando los LLAGNs podamos entender las fases de apagado o encendido de los AGNs. Este proyecto pretende estudiar la estructura de LLAGNs, comparándolos con ILAGNs. Para ellos vamos a estudiar las partes más internas de los AGNs para abordar las incógnitas que hoy en día existen acerca de la estructura de los LLAGNs: 1. Emisión circumnuclear de LLAGNs y su comparación con ILAGNs: ¿Como se relaciona el AGN con el medio circundante? ¿Es capaz de influir en la formación estelar circundante? 2. Región de lineas estrechas (NLR, por sus siglas en inglés) en LLAGNs: ¿Cómo es la NLR de LLAGNs? Sabemos que en el caso de ILAGNs es tan energética que es capaz de emitir en rayos X (<2 keV) ¿Es igualmente energética en LLAGNs? 3. Desaparición del toro en LLAGNs: Teóricamente el AGN pierde su estructura toroidal cuando la potencia del mismo es baja (Elitzur+06). Recientemente hemos encontrado evidencias acerca de esta desaparición pero no podemos confirmarla debido a la posible dilución de las propiedades del toro en la componente de la galaxia huésped. ¿Realmente el toro desaparece en LLAGNs? 4. Propiedades de la región de líneas anchas (BLR, por sus siglas en inglés) en LLAGNs: Al igual que desaparece el toro, debido a la menor capacidad de ionización de LLAGNs, se espera que las propiedades y localización de la BLR sean distintas en LLAGNs. Sin embargo muy pocas pistas acerca de la BLR se han podido estudiar hasta la fecha. ¿Que propiedades tiene la BLR an LLAGNs? 5. 3: El estado de acrecimiento es una de las claves para saber si los LLAGNs corresponden al ‘momento’ de apagado o encendido de los AGNs. ¿Son los LLAGNs un estado de acrecimiento distinto a ILAGNs? El proyecto se sustenta en observaciones en el infrarrojo medio (Spitzer, CanariCam y T-ReCS), óptico (Hubble) y rayos X (RXTE, Swift, y Chandra). Todos los datos están ya disponibles en archivos públicos o son propiedad del grupo. Está diseñado para ser liderado por distintos participantes del mismo, con énfasis en el liderazgo de estudiantes de licenciatura, maestría y doctorado. N. Osorio Clavijo estudiará las propiedades de la BLR y el estado de acrecimiento en LLAGNs usando datos en rayos X de los satélites RXTE y Swift. C. Gómez Guijarro y D. Esparza Arredondo estudiarán la NLR de LLAGNs y la emisión circumnuclear de ILAGNs, respectivamente. Finalmente, un estudiante de maestría (aún por definir) estudiará la desaparición del toro en LLAGNs. El grupo de trabajo proporcionará apoyo científico y técnico al grupo.

Nuestro proyecto para los próximos dos años pretende estudiar el acrecimiento, el oscurecimiento de los AGNs, y la coevolución entre AGN y galaxia huésped. Estudiaremos el acrecimiento usando las más sofisticadas técnicas de variabilidad en rayos X para investigar que produce los cambios en el espectro de potencias de AGNs. Por primera vez estudiaremos estos cambios en el espectro de potencias en escalas de horas, nunca encontrados hasta la fecha. En principio estos cambios son debidos al cambio en el estado de acrecimiento, aunque recientemente se propone que puedan ser debidos a cambios en la configuración de las nubes de gas cercanas al hoyo negro. Si son debidos al oscurecimientos seremos capaces de investigar la densidad, densidad, y tamaño de las nubes en distintos tipos de AGNs. En el caso de que sean debidos al acrecimiento, seremos capaces de encontrar el estado evolutivo del disco de acrecimiento y compararlo con binarias de rayos X de nuestra propia Galaxia. Para el oscurecimiento también usaremos longitudes de onda de infrarrojo medio. El satélite James Webb Space Telescope (JWST) promete ser tan exitoso o más que su predecesor, el Hubble Space Telescope. Será capaz de hacer espectros a cada punto de una imagen tanto en el infrarrojo cercano como en el infrarrojo medio (técnica conocida como espectroscopía de campo integral, IFS). Además estas imágenes, en particular en el infrarrojo medio, contarán con la mejor sensibilidad hasta la fecha en esos rangos. La ciencia que se puede hacer con esta instrumentación supondrá un avance en el entendimiento del Universo, desde el conocimiento acerca del centro galáctico hasta la resolución de problemas cosmológicos que llevan décadas abiertos. En el campo de los AGNs JWST ofrece la posibilidad de resolver por primera vez cuestiones evolutivas y de las propiedades intrínsecas de los AGNs. La sensibilidad y la resolución espacial sin precedentes nos permitirán ver con suficiente detalle la vecindad del AGN, además de acceder a información espectroscópica de las componentes del AGN de manera aislada gracias a la técnica de IFS. Este satélite nos va a permitir estudiar las propiedades de la estructura de polvo de los AGNs más débiles para obtener la clave del encendido y apagado de AGNs. JWST contiene los instrumentos que siempre soñamos en el campo de los AGNs para hacer la ciencia que nunca se ha podido hacer. Necesitamos estar preparados y armarnos con las mejores herramientas para el procesado de datos obtenidos por el JWST. Este proyecto está diseñado para desarrollar toda la maquinaria computacional y aunar un nutrido equipo científico preparado para hacer la mejor explotación de las prestaciones del JWST en el campo de los AGNs. Estudiaremos el gas molecular e ionizado, el polvo, y la formación estelar en en los ~100 pc centrales de AGNs cercanos, permitiendo resoluciones de hasta ~10 pc. Esto nos va a permitir abordar cuestiones de oscurecimiento del AGN y coevolución del AGN con la galaxia huésped. Además nuestro grupo pretende ser un nodo para preparar a la comunidad mexicana para la explotación de JWST.