[論文レビュー] LoTSS/HETDEX: Optical quasars I. Low-frequency radio properties of optically selected quasars

G. Gürkan, M. J. Hardcastle+18 more|Edinburgh Research Explorer|Nov 19, 2018

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 95被引用数 20

ひとこと要約

本研究では、LoTSS調査の深さと高分解能のLOFARデータを用いて、光学的に選別されたクェーサーの低周波数電波特性を調査した。radio loudnessパラメータ𝒫には明確な二峰性は見られず、放射特性の連続的分布が示唆され、低ラティチュードクェーサーでは星形成による放射が支配的である。結果は、AGNとホスト銀河の放射寄与を理解する上で低周波数調査の重要性を強調しており、SKA時代の科学に先んじる兆候を示している。

ABSTRACT

The radio-loud/radio-quiet (RL/RQ) dichotomy in quasars is still an open question. Although it is thought that accretion onto supermassive black holes in the centre the host galaxies of quasars is responsible for some radio continuum emission, there is still a debate as to whether star formation or active galactic nuclei (AGN) activity dominate the radio continuum luminosity. To date, radio emission in quasars has been investigated almost exclusively using high-frequency observations in which the Doppler boosting might have an important effect on the measured radio luminosity, whereas extended structures, best observed at low radio frequencies, are not affected by the Doppler enhancement. We used a sample of quasars selected by their optical spectra in conjunction with sensitive and high-resolution low-frequency radio data provided by the LOw Frequency ARray (LOFAR) as part of the LOFAR Two-Metre Sky Survey (LoTSS) to investigate their radio properties using the radio loudness parameter ($\mathcal{R} = \frac{L_{\mathrm{144-MHz}}}{L_{\mathrm{i\,band}}}$). The examination of the radio continuum emission and RL/RQ dichotomy in quasars exhibits that quasars show a wide continuum of radio properties (i.e. no clear bimodality in the distribution of $\mathcal{R}$). Radio continuum emission at low frequencies in low-luminosity quasars is consistent with being dominated by star formation. We see a significant albeit weak dependency of $\mathcal{R}$ on the source nuclear parameters. For the first time, we are able to resolve radio morphologies of a considerable number of quasars. All these crucial results highlight the impact of the deep and high-resolution low-frequency radio surveys that foreshadow the compelling science cases for the Square Kilometre Array (SKA).

研究の動機と目的

• 深さと高分解能のLOFARデータを用いて、光学的に選別されたクェーサーの低周波数電波特性を調査すること。
• radio loudnessパラメータ𝒫 = L₁₄₄₋ₘₕz / Lᵢ₋bₐₙ𝒹 を用いて、クェーサーにおけるRL/RQ二分法の有無を評価すること。
• 低ラティチュードクェーサーにおける電波放射の主因がAGNジェットか、ホスト銀河の星形成かを特定すること。
• 低周波数で初めてクェーサーの解像された電波形態を解明し、拡張構造を調査すること。
• 今後のSKA時代の天文学に与える深さのある低周波数調査の科学的インパクトを示すこと。

提案手法

• HETDEX調査の光学スペクトルによるクェーサーのサンプルを用いた。
• 144 MHzで、LOFAR Two-Metre Sky Survey (LoTSS) からの感度が高く、分解能の高い低周波数電波データと統合した。
• 144-MHzラティチュード (L₁₄₄₋ₘₕz) とiバンド光学ラティチュード (Lᵢ₋bₐₙ𝒹) を用いて、radio loudnessパラメータ𝒫を計算した。
• LOFARの高解像度を活用して、解像された電波形態を分析し、コンパクト核放射と拡張構造を区別した。
• SDSS、Herschel-ATLAS、その他の調査からの多波長データを用いて、ホスト銀河の星形成とAGN寄与を推定した。
• 統計的分析を用いて、ブラックホール質量やEddington比といった核パラメータに対する𝒫の依存性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 光学的に選別されたクェーサーにおいて、radio loudnessパラメータ𝒫に明確な二峰性分布があるか？
• RQ2 低ラティチュードクェーサーにおける低周波数電波放射の主因は何か—AGNジェットか、ホスト銀河の星形成か？
• RQ3 144 MHzにおけるクェーサーの解像された電波形態は、高周波数でのそれとどのように異なるか？また、ジェットとホスト寄与を明らかにするか？
• RQ4 radio loudnessパラメータ𝒫は、ブラックホール質量や降着率といった固有のクェーサー特性にどの程度依存するか？
• RQ5 LoTSSのような低周波数電波調査は、高周波数調査と比較して、RL/RQ二分法の理解をどの程度向上させるか？

主な発見

• radio loudnessパラメータ𝒫の分布には明確な二峰性がなく、RL/RQ二分法が厳密に存在しない連続的な放射特性の分布であると示唆された。
• 低ラティチュードクェーサーは、144 MHzにおける電波連続スペクトルが星形成による支配的寄与と整合的であり、AGNジェットによるものではない。
• ブラックホール質量やEddington比といった核パラメータと𝒫との間に、顕著ではあるが弱い相関が確認され、降着物理学にわずかな依存性がある可能性を示唆した。
• 低周波数で、多数のクェーサーの解像された電波形態が初めて画像化された。これにより、ドップラー補正の影響を受けない拡張構造が明らかになった。
• 結果は、LoTSSのような低周波数調査が、AGNとホスト銀河の放射寄与を分離する上で不可欠であり、今後のSKA科学に強く関連するインパクトを持つことを示した。
• 本研究は、高周波数電波調査ではドップラー補正によるバイアスが生じ得ることを確認したが、低周波数観測は拡張電波構造をより偏りなく捉えることができる。