[論文レビュー] A hunt for dual radio active galactic nuclei in the VLASS

Sarah Burke-Spolaor, Adam Brazier+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 3, 2014

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、高分解能・高感度なVLASS調査を用いて、7 kpc未満の分離距離にある二重活動銀河核（AGN）を検出することを提案している。電波放射を活用することで、銀河合体における超大質量ブラックホール二重系の特定が可能となる。中感度・広域調査、または高感度・深さのある調査により、100個以上の二重AGN検出が可能になると推定され、ブラックホール成長および重力波背景の予測に関する重要な進展が期待される。

ABSTRACT

This whitepaper describes how the VLASS could be designed in a manner to allow the identification of candidate dual active galactic nuclei (AGN) at separations <7 kpc. Dual AGN represent a clear marker of two supermassive black holes within an ongoing merger. A dual AGN survey will provide a wealth of studies in structure growth and gravitational-wave science. Radio wavelengths are ideal for identifying close pairs, as disturbed stellar and gaseous material can obscure their presence in optical and shorter wavelengths. With sufficiently high resolution and sensitivity, a large-scale radio imaging survey like the VLASS will uncover many of these systems and provide the means to broadly study the radio properties of candidate dual systems revealed at other wavelengths. We determine that the ideal survey for our purposes will be at as high a resolution as possible, with significantly more science return in A array at L-band or higher, or B array at C-band or higher. We describe a range of potential survey parameters within this document. Based on the analysis outlined in this whitepaper, our ideal survey would create a catalogue of $\gtrsim$100 dual AGN in either: 1) a medium-sensitivity (~1 mJy detection threshold), wide-field (few thousand square degree) survey, or 2) a high-sensitivity (~10 uJy threshold) survey of several hundred square degrees.

研究の動機と目的

• 光学的および短波長では、ほこりやガスに遮られがちなため、分離距離が7 kpc未塔の二重活動銀河核（AGN）を電波調査によって同定すること。
• NVSS や FIRST といった従来の調査では分解能と感度に不足があるため、それらの限界を克服して銀河合体における超大質量ブラックホール（SMBH）二重系の検出を改善すること。
• 合体誘発SMBH成長を制約し、パulsarタイミングアレイのための重力波信号を予測するための、信頼性の高い大規模な二重AGN候補カタログを提供すること。
• 高分解能電波データを保証することで、電波源を銀河主星に明確に関連付けることができ、多波長フォローアップおよび光学調査とのクロスマッチングを可能にすること。
• Galaxy Zoo などの市民科学イニシャチブを支援するため、視覚的に明確に区別できる高分解能電波源を提供し、一般大衆による二重AGN候補の同定を可能にすること。

提案手法

• VLA を Aアレイ（Lバンド）または Bアレイ（Cバンド以上）で運用し、密接に分離した電波成分を検出するための高分解能・高感度を達成すること。
• 形態解析を適用し、数弧秒以内に存在する平坦スペクトル核、ずれたまたはX字型のジェット構造、非一致する延長構造を特徴とする二重AGN候補を同定すること。
• 1.4 GHz データからの電波源カウントを、S⁻¹ のスケーリングを用いて外挿し、感度および天の川カバー範囲に応じた二重AGN発見率を推定すること。
• VLASSの検出結果を光学調査（例：SDSS）とクロスマッチングし、赤方偏移、核間隔、および不規則な主星形態を用いて二重AGNを確認すること。
• VLAの分解能限界以下の二重核を解像し、二重系を確認するために、VLBAによるフォローアップを優先すること。
• ALMA および光学画像を用いて、確認された二重AGNのガス環境と合体段階を研究し、マルチメッセンジャーサイエンスを可能にすること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 VLASSを用いた二重AGNの予想検出率は、感度および天の川カバー範囲に応じてどのように変化するか？
• RQ2 X字型構造やずれたジェットを示す二重AGNの電波形態は、同定にどのように寄与するか？
• RQ3 z < 2 の銀河合体のうち、電波放射によって検出可能な二重SMBHを有する割合はどの程度か？ これは合体段階やガスの可用性とどのように関係するか？
• RQ4 VLASS などの高分解能電波調査は、光学的および従来の電波調査に比べて、二重AGNの同定をどの程度改善するか？
• RQ5 VLASS からの二重AGN検出は、パulsarタイミングアレイのための重力波背景の強度およびスペクトルをどの程度制約できるか？

主な発見

• 中感度（1 mJyのしきい値）・広域（数千平方度）のVLASS調査では、合体率が0.1–1％と仮定した場合、100個以上の二重AGNが検出可能である。
• 高感度（10 μJyのしきい値）の数平方百平方度の調査でも、100個以上の二重AGN検出が可能であり、より弱く近くに位置するペアの検出が向上する。
• 光学的・紫外線的診断が遮蔽により失敗する場合、電波放射による同定が最も信頼性が高く、このような探索には電波帯が最適である。
• 高分解能・高感度で実施されたVLASS調査は、分解能と感度の向上により、NVSS や FIRST といった従来の調査を著しく上回り、二重AGNの同定性能が向上する。
• 電波形態（例：X字型ジェットやずれた核）による二重AGNの同定は、後期合体段階の二重SMBH系を確実に同定する、独立した強力な手法を提供する。
• VLASSの二重AGN候補を光学カタログとクロスマッチングすることで、合体進化およびガス環境の多波長研究が可能となり、調査の科学的インパクトが向上する。