[論文レビュー] Mid-Infrared line diagnostics of Active Galaxies -- A spectroscopic AGN survey with ISO-SWS

E. Sturm, D. Lutz+6 more|ArXiv.org|Jul 18, 2002

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 2被引用数 130

ひとこと要約

本論文は、29個の活動銀河について中分解能（R ~ 1500）のISO-SWS 2.4–45 μmスペクトルを提示し、中赤外域の細分光線の線幅比を用いてAGN主導と星形成主導の放射を区別する。中赤外域の新規診断図（例：[O IV]25.9 μm/[Ne II]12.8 μmおよび2次元の消光に強くない図）を導入し、ダストに覆われた環境下でも合成的（AGN + 星形成）源の明確な同定と、高消光環境における診断性能の向上を可能にする。

ABSTRACT

We present medium resolution (R approx. 1500) ISO-SWS 2.4--45 micron spectra of a sample of 29 galaxies with active nuclei. This data set is rich in fine structure emission lines tracing the narrow line regions and (circum-)nuclear star formation regions, and it provides a coherent spectroscopic reference for future extragalactic studies in the mid-infrared. We use the data set to briefly discuss the physical conditions in the narrow line regions (density, temperature, excitation, line profiles) and to test for possible differences between AGN sub-types. Our main focus is on new tools for determining the propertibes of dusty galaxies and on the AGN-starburst connection. We present mid-IR line ratio diagrams which can be used to identify composite (starburst + AGN) sources and to distinguish between emission excited by active nuclei and emission from (circum-nuclear) star forming regions. For instance, line ratios of high to low excitation lines like [O IV]25.9um/[Ne II]12.8um, that have been used to probe for AGNs in dusty objects, can be examined in more detail and with better statistics now. In addition, we present two-dimensional diagnostic diagrams that are fully analogous to classical optical diagnostic diagrams, but better suited for objects with high extinction. Finally, we discuss correlations of mid-infrared line fluxes to the mid- and far-infrared continuum. We compare these relations to similar relations in starburst galaxies in order to examine the contribution of AGNs to the bolometric luminosities of their host galaxies. The spectra are available in electronic form from the authors.

研究の動機と目的

• 高品質なISO-SWSデータを用いて、中赤外域の銀河間研究のための整合的な分光的基準を確立すること。
• 活動銀河の幅線領域（密度、温度、励起状態）の物理的状態を調査すること。
• 高消光環境下でも利用可能な、合成的源（AGN + 星形成）を同定するための中赤外域診断ツールを開発すること。
• 中赤外域（MIR）および遠赤外域（FIR）連続スペクトルと中赤外域線輝度を比較し、AGNが宿主銀河の全波長放射輝度に寄与する割合を評価すること。
• 古典的光学診断図の高消光状況への適用可能性を検証すること。

提案手法

• 29個の活動銀河について、ISO-SWS機器を用いて中分解能（R ~ 1500）の2.4–45 μmスペクトルを取得すること。
• [Ne II]、[O IV]、[Ne V]、[Ne VI]、[Fe II]、[S IV]、[Si II]などのイオンの細分光線輝度をサンプル全体で測定すること。
• [O IV]25.9 μm/[Ne II]12.8 μmおよび光学BPT図に類似した2次元図を含む、中赤外域線幅比図の構築。
• 中赤外域線輝度と中赤外域（MIR）および遠赤外域（FIR）連続スペクトル輝度の相関分析により、AGN寄与度を評価すること。
• PAH特徴および高イオン化線幅比（[Ne VI]/[O IV]、[Ne VI]/[Ne II]）を用いて、合成的源の同定を独立して行うこと。
• [O IV]/[Ne II]および[Ne V]/[Ne II]比を用いて線形混合モデルを適用し、全波長放射輝度へのAGN寄与度を推定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中赤外域線幅比、特に[O IV]25.9 μm/[Ne II]12.8 μmは、ダストに覆われた銀河においてAGN主導と星形成主導の放射を効果的に区別できるか？
• RQ2 高消光条件下でも、中赤外域診断図は古典的光学BPT図と比較して、合成的源の同定に優れているか？
• RQ3 AGN宿主銀河における中赤外域線輝度と中赤外域および遠赤外域連続スペクトルの関係は何か？
• RQ4 AGN亜型間で、幅線領域の物理的状態（密度、温度、イオン化度）に顕著な差異はあるか？
• RQ5 [Ne II]12.8 μmは、異なるAGNおよび星形成源間の線幅比比較において、信頼できる基準線として機能するか？

主な発見

• [O IV]25.9 μm/[Ne II]12.8 μm線幅比は、合成的源の同定に有効な強固な診断ツールであり、比が高いほどAGN寄与度が強いことを示す。
• 2次元の中赤外域診断図（光学BPT図に類似）は、高消光環境下で優れた性能を示し、赤方偏移の異なる範囲にわたり適用可能である。
• 高イオン化線（[O IV]、[Ne V]、[Ne VI]）は、中赤外域および遠赤外域連続スペクトルと強く相関しているが、[Ne II]とFIRの相関はセイフェルト銀河および星形成銀河で類似しており、AGN寄与度の直接的評価には限界がある。
• 低イオン化線（[Ne II]）は、AGNおよび星形成銀河の両方でFIR輝度と強く相関しており、異なる源間の比較に用いる基準線としての利用が裏付けられる。
• 測定可能な[Ne V]線を示すサンプル内の全AGNで、幅線領域電子密度は低く（数100～数1000 cm⁻³）、標準的光電離モデルと整合的である。
• 統計的限界内では、AGN亜型間で幅線領域の密度やイオン化度に顕著な差異は認められない。