[論文レビュー] A diversity of dusty AGN tori: Data release for the VLTI/MIDI AGN Large Program and first results for 23 galaxies

L. Burtscher, K. Meisenheimer+10 more|arXiv (Cornell University)|Jul 8, 2013

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 66被引用数 117

ひとこと要約

本研究では、VLTI/MIDI機器を用いて23個の活動銀河核（AGN）の高分解能中赤外干渉測定観測を行い、パーセクスケールにおけるほこりの円盤構造の多様性を明らかにした。主な発見は、タイプ1 AGNの70%およびタイプ2 AGNの47%が未分解像のflux成分を示しており、これは5 mas未塔（0.1–10 pcスケール）でのコンパクトで未分解の放射を示しており、AGNの円盤のサイズ-全放射出力関係が普遍的であるという仮説に疑問を呈するものである。

ABSTRACT

The AGN-heated dust distribution (the "torus") is increasingly recognized not only as the absorber required in unifying models, but as a tracer for the reservoir that feeds the nuclear Super-Massive Black Hole. Yet, even its most basic structural properties (such as its extent, geometry and elongation) are unknown for all but a few archetypal objects. Since most AGNs are unresolved in the mid-infrared, we utilize the MID-infrared interferometric Instrument (MIDI) at the Very Large Telescope Interferometer (VLTI) that is sensitive to structures as small as a few milli-arcseconds (mas). We present here an extensive amount of new interferometric observations from the MIDI AGN Large Program (2009 - 2011) and add data from the archive to give a complete view of the existing MIDI observations of AGNs. Additionally, we have obtained high-quality mid-infrared spectra from VLT/VISIR. We present correlated and total flux spectra for 23 AGNs and derive flux and size estimates at 12 micron using simple axisymmetric geometrical models. Perhaps the most surprising result is the relatively high level of unresolved flux and its large scatter: The median "point source fraction" is 70 % for type 1 and 47 % for type 2 AGNs meaning that a large part of the flux is concentrated on scales smaller than about 5 mas (0.1 - 10 pc). Among sources observed with similar spatial resolution, it varies from 20 % - 100 %. For 18 of the sources, two nuclear components can be distinguished in the radial fits. While these models provide good fits to all but the brightest sources, significant elongations are detected in eight sources. The half-light radii of the fainter sources are smaller than expected from the size ~ L^0.5 scaling of the bright sources and show a large scatter, especially when compared to the relatively tight size--luminosity relation in the near-infrared.

研究の動機と目的

• AGNにおけるパーセクスケールのほこり分布を解像し、サイズ、幾何学的形状、全放射出力スケーリングといった構造的性質を特定すること。
• AGNの円盤構造、遮蔽、および超大質量ブラックホールの物質供給メカニズムとの関連を調査すること。
• 高角分解能干渉測定データに基づいて、AGNの円盤に普遍的なサイズ-全放射出力関係が存在するかどうかを検証すること。
• AGN加熱によるほこり、星形成、および線幅狭窄領域放射の寄与を中赤外fluxから分離すること。
• 23個のAGNの包括的データセット（新規およびアーカイブのMIDI干渉測定およびVISIR分光的データを含む）を一般コミュニティに公開すること。

提案手法

• ミリアーセンドットスケール（≤5 mas）の分解能を達成するため、VLTI/MIDI機器を用いた中赤外干渉測定を実施し、パーセクスケールでのほこり構造の直接像を取得した。
• 新規およびアーカイブのMIDI観測を、VLT/VISIRによる高スペクトル分解能の中赤外分光データと統合し、干渉測定データの正確な全fluxキャリブレーションを実現した。
• 観測された相関fluxを軸対称幾何モデル（例：ガウス型、リング型）にフィットさせ、半光半径およびflux割合を推定した。
• 全放射出力およびAGNタイプごとの未分解（点状）flux割合を評価し、コンパクトな放射の優位性を評価した。
• 半径方向プロファイルのフィッティングおよび可視度振幅解析を通じて、8つの源で顕著な伸びが検出された。
• 複数エポックおよび複数基線の観測戦略を用いることで、可視度測定における系統誤差を最小限に抑え、結果の信頼性を確保した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 パーセクスケールにおけるAGNのほこりの円盤の典型的なサイズおよび幾何学的形状は何か。また、異なるAGNタイプ間でどのように変化するか。
• RQ2 AGNの中赤外fluxのどの程度がコンパクトで未分解の放射によって支配されており、これはAGNの全放射出力および分類にどのように依存するか。
• RQ3 AGNの円盤に普遍的なサイズ-全放射出力関係が存在するのか、それとも構造的性質が根本的に多様であるのか。
• RQ4 観測された中赤外fluxに、AGN加熱によるほこり、星形成、および線幅狭窄領域放射の寄与はそれぞれどの程度か。
• RQ5 円盤の構造的性質は、AGNの遮蔽および物質供給メカニズムとどのように相関しているか。

主な発見

• タイプ1 AGNの中央値未分解flux割合は70%、タイプ2 AGNでは47%であり、5 mas未塔（0.1–10 pcスケール）での顕著なコンパクト成分が存在することを示している。
• 類似した空間分解能を持つ源においても、未分解flux割合は20%から100%まで広範に変動しており、円盤構造における強い固有の多様性が明らかになった。
• 18の源で、径方向プロファイルフィッティングにおいて2つの明確な核成分（コンパクトおよび拡張）が同定され、複雑なほこり分布が示唆された。
• 8つの源で顕著な伸びが検出され、円盤内の非対称的または異方的ほこり分布が示された。
• やや弱いAGNでは、半光半径に大きな散らばりが見られ、明るい源で観測される予想されるL^0.5スケーリングに従わないことが示された。これは、普遍的なサイズ-全放射出力関係が存在しないことを示唆している。
• 結果は、円盤構造が主にほこりの幾何学的形状の固有の差異によって支配されており、非熱的放射および線幅狭窄領域内の拡張したほこり、あるいは星形成からの寄与が関与している可能性を示唆している。