[論文レビュー] Hot-Dust-Poor Type 1 AGNs in the COSMOS Survey

Heng Hao, M. Elvis+14 more|arXiv (Cornell University)|Sep 16, 2010

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、XMM-COSMOS調査において、近赤外線（1–3 μm）の放射が著しく弱いタイプ1 AGNの集団を特定した。これは、高温のダストが乏しい環境を示している。このようなAGNの割合は、z < 2で6%から、2 < z < 3.5で20%に上昇する。これは、統一モデルの予測よりも著しく低い、2%–29%のトルス覆い率を示しており、標準的な内側ディスク半径を超えて広がった降着円盤の放射が存在することを示唆している。

ABSTRACT

We report a sizable class of type 1 active galactic nuclei (AGNs) with unusually weak near-infrared (1-3{\mu}m) emission in the XMM-COSMOS type 1 AGN sample. The fraction of these hot-dust-poor AGNs increases with redshift from 6% at lowredshift (z < 2) to 20% at moderate high redshift (2 < z < 3.5). There is no clear trend of the fraction with other parameters: bolometric luminosity, Eddington ratio, black hole mass, and X-ray luminosity. The 3{\mu}m emission relative to the 1{\mu}m emission is a factor of 2-4 smaller than the typical Elvis et al. AGN spectral energy distribution (SED), which indicates a torus covering factor of 2%-29%, a factor of 3-40 smaller than required by unified models. The weak hot dust emission seems to expose an extension of the accretion disk continuum in some of the source SEDs. We estimate the outer edge of their accretion disks to lie at $(0.3-2.0) /times 10^4$ Schwarzschild radii, ~10-23 times the gravitational stability radii. Formation scenarios for these sources are discussed.

研究の動機と目的

• XMM-COSMOS調査における、通常よりも近赤外線（1–3 μm）放射が弱いタイプ1AGNの広がりと性質を調査すること。
• 観測された弱い高温ダスト放射が、統一AGNモデルの予測よりも低いトルス覆い率を示しているかどうかを特定すること。
• 弱いダスト放射が降着円盤構造、特に降着円盤の外縁部に与える影響を検討すること。
• 赤方偏移、全波長放射度、Eddington比、ブラックホール質量、X線放射度に依存する高温ダストが乏しいAGNの割合の依存性を評価すること。
• これらのAGNが、露出したディスク連続スペクトルと低いダスト遮蔽を示す形成メカニズムを評価すること。

提案手法

• XMM-COSMOSサンプルに含まれるタイプ1AGNの近赤外線スペクトルエネルギー分布（SED）を分析し、1–3 μmのフラックス比に注目した。
• 標準的なエルビスらのAGN SEDと比較することで、高温ダスト放射の標準テンプレートからのずれを定量化した。
• 標準SEDを基準として、3 μmと1 μmの放射比を用いてトルス覆い率を推定した。
• 赤方偏移に応じたサンプルのビニング（z < 2 および 2 < z < 3.5）を実施し、高温ダストが乏しいAGNの割合の赤方偏移依存的進化を評価した。
• 観測されたSEDの形状を用い、降着円盤連続スペクトルを外挿することで、シュバルツシルト半径単位の外縁ディスク半径を計算した。
• 経験的スケーリング関係を用いて重力的安定性半径を推定し、推定された外縁ディスク半径と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 XMM-COSMOS調査におけるタイプ1AGNのうち、通常よりも著しく弱い近赤外線（1–3 μm）放射を示す割合はどの程度で、赤方偏移にどのように依存するか？
• RQ2 観測された3 μm対1 μmのフラックス比は、エルビスらのAGN SEDからどの程度ずれているか。これはトルス覆い率にどのような含意を持つか？
• RQ3 推定された低い覆い率を踏まえると、高温ダストが乏しいAGNは統一モデルと整合的か？
• RQ4 観測されたSEDは、標準的な内側ディスク半径を超えて広がった降着円盤連続スペクトルによって説明可能か？
• RQ5 これらの高温ダストが乏しいAGNにおける降着円盤の外縁半径は推定されるが、重力的安定性半径と比較してどの程度か？

主な発見

• 高温ダストが乏しいタイプ1AGNの割合は、z < 2で6%から、2 < z < 3.5で20%に上昇しており、ダスト遮蔽の赤方偏移依存的進化を示している。
• これらのAGNにおける3 μm対1 μmのフラックス比は、エルビスらのAGN SEDと比較して2–4倍低い。これは、トルス覆い率が2%–29%であることを示唆しており、統一モデルで想定される100%よりも著しく低い。
• 弱い高温ダスト放射は、降着円盤連続スペクトルが標準的な内側ディスク半径を超えて広がっている可能性を示しており、外縁部は（0.3–2.0）×10⁴シュバルツシルト半径と推定されている。
• 推定された外縁ディスク半径は、重力的安定性半径の10–23倍の位置にあり、熱的不安定性が予想される領域にディスクが広がっている可能性を示唆している。
• 高温ダストが乏しい割合と全波長放射度、Eddington比、ブラックホール質量、X線放射度との間に有意な相関は認められず、赤方偏移が主な駆動要因であると考えられる。
• 一部の源では、露出したディスク連続スペクトルの兆候が観測されており、ダスト遮蔽が一様ではなく、特定のAGNでは不連続または欠落している可能性を支持している。