[論文レビュー] Kinematics and physical conditions of HI in nearby radio sources. The last survey of the old Westerbork Synthesis Radio Telescope

F. M. Maccagni, R. Morganti+3 more|arXiv (Cornell University)|May 1, 2017

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 31

ひとこと要約

本研究では、ウェスターブルク合成電波望遠鏡の最終調査を用いて、248個の近傍電波源におけるH Iの運動学的および物理的状態を分析した。H I吸収は27%の源で検出されたが、特に高電波出力および中赤外線が明るい源では、運動学的に乱れたガス――特にブルーシフトされた非対称なプロファイル――が顕著であり、これは若年電波活動に起因するガスの噴出を示唆している。

ABSTRACT

We present an analysis of the properties of neutral hydrogen (HI) in 248 nearby (0.0230$ mJy and for which optical spectroscopy is available. The observations were carried out with the Westerbork Synthesis Radio Telescope as the last large project before the upgrade of the telescope with phased array feed receivers (Apertif). The sample covers almost four orders of magnitude in radio power from $\log\,P_{ m 1.4 \,GHz}=22.5$ W Hz$^{-1}$ and $26.2$ W Hz$^{-1}$. We detect HI in absorption in $27\% \pm 5.5\%$ of the objects. The distribution and kinematics of the absorbing HI gas appear to depend on radio power, the properties of the radio continuum emission, and the dust content of the sources. Among the sources where HI is detected, gas with kinematics deviating from regular rotation is more likely found as the radio power increases. In these cases, the HI profile is often asymmetric with a significant blue-shifted component. This is particularly common for sources with $\log\,P_{ m 1.4 \, GHz}>24$ W Hz$^{-1}$, where the radio emission is small, possibly because these radio sources are young. The same is found for sources that are bright in the mid-infrared, i.e. sources rich in heated dust. In these sources, the HI is outflowing likely under the effect of the interaction with the radio emission. Conversely, in dust-poor galaxies, and in sources with extended radio emission, at all radio powers we only detect HI distributed in a rotating disk. Stacking experiments show that in sources for which we do not detect HI in absorption directly, the HI has a column density that is lower than $3.5 imes 10^{17} (T_{ m spin}/c_f)$ cm$^{-2}$. We use our results to predict the number and type of HI absorption lines that will be detected by the upcoming surveys of the Square Kilometre Array precursors and pathfinders (Apertif, MeerKAT, and ASKAP).

研究の動機と目的

• 近傍電波活性AGNにおける中性水素（H I）の運動学的および物理的状態を調査し、フィードバック機構を理解すること。
• H I吸収の性質が電波出力、電波構造、チリ含量とどのように相関するかを特定すること。
• 運動論的解析を通じて、H Iが活動的核によって燃料として供給されるか、あるいは排出されるかを評価すること。
• 非検出源におけるH Iの堆積を調べ、低密度ガスの上限を設定するためにスタッキングを実施すること。
• 近い将来のSKAパスファイナーチェック調査（Apertif, MeerKAT, ASKAP）におけるH I吸収検出率を予測すること。

提案手法

• S1.4GHz > 30 mJy かつ z < 0.25 を満たす248個の電波源を対象に、ウェスターブルク合成電波望遠鏡（WSRT）を用いた大規模なH I吸収調査を実施した。
• H I吸収プロファイルの運動学的構造（非対称性、ブルーシフトまたはレッドシフトのウェッジ、ライン幅など）を分析した。
• 電波出力（log P1.4GHz = 22.5–26.2 W Hz⁻¹）、電波構造（コンパクト対比拡張型）、中赤外線の明るさ（MIR明るい対比チリ貧困型）に基づいて源を分類した。
• 非検出源に対してスタッキングを実施し、スピン温度および光学的厚さモデルを仮定してH I密度の上限を設定した。
• 光学スペクトロスコピーおよび多波長データ（例：SDSS, WISE）を比較してチリ含量およびAGN活動を評価した。
• ATLAS3Dサンプルのスタッキング結果を参照として用い、早期型銀河におけるH Iの二峰性分布の存在を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 幅広い電波出力範囲にわたる近傍電波源におけるH I吸収の検出率は何か？
• RQ2 H I吸収ラインの運動学的性質は、電波出力、電波構造、チリ含量とどのように相関するか？
• RQ3 H Iプロファイルに見られるブルーシフトまたはレッドシフトのウェッジは、噴出を示唆するか、それとも事前に存在する流入を示唆するか？
• RQ4 直接的な吸収が検出されない源におけるH I密度の上限は何か？
• RQ5 近い将来のSKAパスファイナーチェック調査（Apertif, MeerKAT, ASKAP）では、どのようにして異なる赤方偏移および電波出力範囲におけるH I吸収を検出できるか？

主な発見

• 248個の源のうち27% ± 5.5% でH I吸収が検出され、電波出力の全範囲（log P1.4GHz = 22.5 から 26.2 W Hz⁻¹）にわたって検出が確認された。
• log P1.4GHz > 24 W Hz⁻¹ かつ 電波構造がコンパクトな源では、非対称的でブルーシフトまたはレッドシフトのH Iラインが多く見られ、運動学的に乱れた状態を示している。
• MIR明るい源では、広いH Iライン（FWHM > 300 km s⁻¹）に強くブルーシフトされたウェッジが見られ、これは若年電波ジェットに起因する中性ガスの噴出を示唆している。
• 広いH Iラインではレッドシフトのウェッジは検出されなかったため、流入ではなく噴出のシナリオが支持される。
• 非検出源におけるスタッキング実験により、H I密度の上限が 3.5 × 10¹⁷ (Tspin/cf) cm⁻² に設定された。これは、非検出源に非常に低いガス量または高いスピン温度が存在することを示唆している。
• ATLAS3Dのスタッキング結果は、3σのH I放出ライン（NH I ≈ 2.1 × 10¹⁹ cm⁻²）を示しており、H Iの二峰性分布（吸収で検出可能か、あるいは非常に低密度ガスとしてのみ存在）が示唆されている。