[論文レビュー] Dust in active nuclei. II. Powder or gravel?

R. Maiolino, A. Marconi+1 more|ArXiv.org|Oct 3, 2000

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 57被引用数 123

ひとこと要約

本論文は、活発な銀河核（AGN）の核周辺領域におけるダストが、高密度環境下での凝集によって形成された大粒径ダストによって支配されていると提案する。この仮説により、観測された異常な減光特性——例えば、E_B-V/N_H や A_V/N_H の比が低下していること、Seyfert 2型（Sy2s）において9.7 μmのケイ酸塩吸収バナディングが観測されないこと、赤化されたSeyfert 1型（Sy1s）において2175Åの炭素ダストの谷が欠落していること——が説明できる。大粒径ダストのシナリオは、標準的な銀河ダストモデルよりも観測制約をよりよく満たす、滑らかで特徴のない減光曲線を生成する。

ABSTRACT

In a companion paper, Maiolino et al. (2000) presented various observational evidences for "anomalous" dust properties in the circumnuclear region of AGNs and, in particular, the reduced E(B-V)/N_H and Av/N_H ratios, the absence of the silicate absorption feature in mid-IR spectra of Sy2s and the absence of the carbon dip in UV spectra of reddened Sy1s. In this paper we discuss various explanations for these facts. The observational constraints favor a scenario where coagulation, catalyzed by the high densities in the circumnuclear region, yields to the formation of large grains. The resulting extinction curve is featureless, flatter than Galactic and the E(B-V)/N_H and Av/N_H ratios are significantly reduced. These results should warn about an unappropriate use of the standard Galactic extinction curve and Av/N_H ratio when dealing with the extreme gas conditions typical of the circumnuclear clouds of AGNs. We also investigated alternative scenarios for the observed anomalous properties of dust in AGNs. Some of these scenarios might explain some of the observed properties for a few objects, but they generally fail to account for all of the observational constraints obtained for the large sample of AGNs studied in these works.

研究の動機と目的

• AGNで観測された異常なダスト特性——E_B-V/N_H や A_V/N_H の比の低下、Sy2sにおけるケイ酸塩吸収バナディングの欠落、赤化されたSy1sにおける2175Åの炭素ダストの谷の欠落——を説明すること。
• AGNの核周辺領域の極限的状態に、標準的な銀河減光則が適用可能であるという仮定に疑問を呈すること。
• 高金属量、散乱幾何、低ダスト対ガス比といった代替説明が、すべての観測的制約を同時に満たせるかどうかを評価すること。
• 高密度環境下でのダスト凝集が、観測と整合する滑らかで特徴のない減光曲線を自然に生成することを示すこと。
• 遮蔽された源や散乱モデルの研究において、標準的な銀河減光曲線の使用を警告すること。

提案手法

• 高密度環境下での凝集によって形成された大粒径ダストが支配する粒子径分布を仮定し、減光曲線をモデル化すること。
• 20個のAGNのサンプルに対して、X線および光学データからの観測されたE_B-V/N_H および A_V/N_H の比と、理論的減光曲線を比較すること。
• Sy2sの中赤外スペクトルを分析し、9.7 μmのケイ酸塩吸収バナディングの強度と存在を評価すること。
• 赤化されたSy1sの紫外スペクトルを調査し、2175Åの炭素ダストの谷が存在するか否かを、小粒径ダストの枯渇のトレーサーとして評価すること。
• 高金属量、散乱幾何、BLRサイズ効果、低ダスト対ガス比といった代替シナリオを、定量的制約を用いてテストすること。
• Cloudyコードを用いて、電離ガスおよびダストの効果をシミュレートし、観測された線幅および吸収深さと整合すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高出力のSeyfert 2型において、E_B-V/N_H 比が銀河標準値よりも著しく低いのはなぜか、特にその要因は何か？
• RQ2 強いPAH発光が高ダスト密度を示唆しているにもかかわらず、Seyfert 2銀河の平均中赤外スペクトルにおいて9.7 μmのケイ酸塩吸収バナディングが欠落しているのはなぜか？
• RQ3 赤化されたタイプ1 AGNの紫外スペクトルにおいて2175Åの炭素ダストの谷が欠落しているのは、小粒径ダストの枯渇を示唆しているが、その理由は何か？
• RQ4 高金属量、散乱幾何、低ダスト対ガス比といった代替説が、すべての観測された異常を同時に説明できるか？
• RQ5 大粒径ダストが支配するダスト粒子径分布が、AGNにおける減光曲線の形状および散乱特性にどのように影響を与えるか？

主な発見

• E_B-V/N_H 比が銀河標準値より3〜100倍も低いAGNにおけるこの現象は、凝集によって形成された大粒径ダストが支配する粒子径分布によって説明できる。
• Sy2sにおいて9.7 μmのケイ酸塩吸収バナディングが欠落しているのは、小粒径ダストの欠如によるものであり、大粒径ダストは特徴のない減光曲線を生成するため自然に説明できる。
• 赤化されたSy1sの紫外スペクトルにおいて2175Åの炭素ダストの谷が欠落していることは、小粒径ダストの著しい枯渇を示しており、大粒径ダストが支配する媒体と整合的である。
• 大粒径ダストのシナリオは、標準的な銀河ダストモデルよりも観測制約をよりよく満たす、滑らかで特徴のない減光曲線を生成する。
• 高密度の核周辺領域における凝集は、このような環境で自然に予想されるため、大粒径ダストを形成する最も妥当な物理的メカニズムである。
• 大粒径ダストの散乱効率は、銀河ダストと比較して約2倍から100倍以上も低減しており、これまで電子散乱によるものとされてきたグレーな反射スペクトルの多くは、実際には大粒径ダストによる散乱に起因している可能性がある。