[論文レビュー] Merger-driven Fueling of Active Galactic Nuclei: Six Dual and Offset Active Galactic Nuclei Discovered with Chandra and Hubble Space Telescope Observations

Julia M. Comerford, D. Pooley+5 more|arXiv (Cornell University)|Apr 6, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、Chandra X線観測およびハッブル宇宙望遠鏡の観測を用いて、合体中の銀河における6つの二重またはオフセット活性銀河核（AGN）を同定した。その結果、大規模合体がより高輝度のAGNを誘発することを示した。二重AGNは、[O III]輝度が同じ場合に単一AGNの半分の硬X線輝度を示しており、これは合体に伴うガス吸収の増加によるものとされる。これにより、二重AGN候補を確認するためにはより深いX線調査が必要であることが示された。

ABSTRACT

Dual active galactic nuclei (AGNs) and offset AGNs are kpc-scale separation supermassive black holes pairs created during galaxy mergers, where both or one of the black holes are AGNs, respectively. These dual and offset AGNs are valuable probes of the link between mergers and AGNs but are challenging to identify. Here we present Chandra/ACIS observations of 12 optically-selected dual AGN candidates at z < 0.34, where we use the X-rays to identify AGNs. We also present HST/WFC3 observations of 10 of these candidates, which reveal any stellar bulges accompanying the AGNs. We discover a dual AGN system with separation of 2.2 kpc, where the two stellar bulges have coincident [O III] and X-ray sources. This system is an extremely minor merger (460:1) that may include a dwarf galaxy hosting an intermediate mass black hole. We also find six single AGNs, and five systems that are either dual or offset AGNs with separations < 10 kpc. Four of the six dual AGNs and dual/offset AGNs are in ongoing major mergers, and these AGNs are 10 times more luminous, on average, than the single AGNs in our sample. This hints that major mergers may preferentially trigger higher luminosity AGNs. Further, we find that confirmed dual AGNs have hard X-ray luminosities that are half of those of single AGNs at fixed [O III] luminosity, on average. This could be explained by high densities of gas funneled to galaxy centers during mergers, and emphasizes the need for deeper X-ray observations of dual AGN candidates.

研究の動機と目的

• マルチウェーブレングス観測を用いて、銀河合体系における二重およびオフセット活性銀河核（AGN）の同定と確認を行う。
• X線および可視光放射の分析を通じて、銀河合体とAGNの燃料供給の関係を調査する。
• 孤立系や小規模合体系と比較して、大規模合体がより高輝度のAGNを誘発するかどうかを検証する。
• 二重AGNは単一AGNと比較してX線出力が系統的に低いため、[O III] λ5007から硬X線輝度へのスケーリング関係を補正する。
• ガス密度および吸収の役割が、合体環境における観測されたAGN輝度をどのように規定しているかを評価する。

提案手法

• 赤方偏移 z < 0.34 の12個の光学的に選別された二重AGN候補に対して、Chandra/ACISを用いたX線観測を実施し、AGNからのX線放射を検出・特徴づけた。
• ハッブル宇宙望遠鏡/WFC3を用いたF160W、F814W、F438Wバンドの画像観測により、星族のバルジを解像し、合体銀河の形態的特徴を同定した。
• 0.5–8 keVエネルギー帯域でX線カウント数および放射度を測定し、AGN活動の確認と硬X線輝度の推定を行った。
• 光学スペクトロスコピーを用いて[O III] λ5007線の輝度を測定し、X線輝度と比較することでAGNの燃料供給効率を評価した。
• 星族バルジの輝度比を用いて合体質量比の代理指標とし、システムを大規模合体または小規模合体に分類した。
• ソフトX線データのスペクトルフィッティングを実施し、光電離ガス領域を特定し、単一AGNと二重AGNの状況を区別した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大規模銀河合体は、小規模合体や孤立系と比較して、より高輝度のAGNを誘発するのか？
• RQ2 固定された[O III] λ5007輝度において、二重AGNが単一AGNと比較して低い硬X線輝度を示すのはなぜか？
• RQ3 合体環境におけるガス密度と吸収が、二重AGN系におけるX線放射の観測された低減に果たす役割は何か？
• RQ4 二重AGN系におけるAGNのエディントン比は、宿主星族バルジの輝度とどのように相関するか？
• RQ5 合体銀河間の距離は、二重AGN活性化の可能性と相関するか？

主な発見

• 2.2 kpcの投影距離を有する確認済みの二重AGN系が発見された。これは質量比460:1の極めて小規模な合体であり、中間質量ブラックホールを有する矮星銀河が関与している可能性がある。
• 同定された6つの二重または二重／オフセットAGN系のうち4つは進行中の大規模合体（質量比3:1～1:1）にあり、これらのAGNはサンプル内の単一AGNと比較して平均で10倍高い輝度を示した。
• タイプ2の二重AGNでは、[O III] λ5007輝度が同じ場合に単一AGNの半分の硬X線輝度を示しており、これは合体に伴うガス流入に起因する吸収の増加を示唆している。
• 二重AGN系では、より低い輝度の星族バルジがAGNを宿しており、エディントン比がより高いことが示され、これはより高いガス分率またはより効率的な降着を示唆している。
• 最小の距離の系（2.19 kpcおよび2.93 kpc）が最も二重AGNの可能性が高く、10 kpcから1 kpcに減少する合体距離の減少に伴い、二重AGN活性化の確率が上昇する可能性がある。
• 二重AGN候補における予測されたX線カウントと実際のカウントとの乖離は、より深いX線観測と、二重AGN向けに再考された[O III]から硬X線へのスケーリング関係の必要性を示している。