[論文レビュー] Modeling optical and UV polarization of AGNs

P. A. Rojas Lobos, R. W. Goosmann+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 4, 2017

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、時間依存的放射移動シミュレーションを用いてAGNにおける偏光遅れをモデル化し、異なる観測角度と幾何構造における偏光遅れを予測する。タイプ2 AGNは、ほこりくずの塊である構造による散乱のおかげで、タイプ1よりも著しく長い偏光遅れを示す。さらに、極方向のイオン化風と赤道面の散乱リングが追加の遅れをもたらし、AGN内部構造の新しい地震学的制約を提供する。

ABSTRACT

Optical observations cannot resolve the structure of active galactic nuclei (AGN), and a unified model for AGN was inferred mostly from indirect methods. Optical reverberation mapping allowed us to constrain the spatial dimension of the broad emission line region and thereby to measure the mass of supermassive black holes. Recently, reverberation was also applied to the polarized signal emerging from different AGN components. In principle, this should allow us to measure the spatial dimensions of the sub-parsec reprocessing media. We modeled scattering-induced polarization and tested different geometries for the circumnuclear dust component. Our tests included the effects of clumpiness and different dust prescriptions. To further extend the model, we also explored the effects of additional ionized winds stretched along the polar direction, and of an equatorial scattering ring that is responsible for the polarization angle observed in pole-on AGN. The simulations were run using a time-dependent version of the {\sc stokes} code. Our modeling confirms the previously found polarization characteristics as a function of the observer`s viewing angle. When the dust adopts a flared-disk geometry, the lags reveal a clear difference between type 1 and type 2 AGN. This distinction is less clear for a torus geometry where the time lag is more sensitive to the geometry and optical depth of the inner surface layers of the funnel. The presence of a scattering equatorial ring and ionized outflows increased the recorded polarization time lags, and the polar outflows smooths out dependence on viewing angle. Together with other AGN observables, the polarization time lag places new, independent constraints on the inner geometry of AGN. If we conduct time-dependent spectropolarimetric observing campaigns of AGN, this method has a high potential for a census of supermassive black holes.

研究の動機と目的

• 観測角度と幾何構造の関数としてAGNにおける偏光リバーブレーションをモデル化し、時間領域の制約を加えた統一モデルを拡張すること。
• 異なるほこり分布（フラレッドディスク対トーラス）と塊の度合いが偏光遅れに与える影響を調査すること。
• 極方向のイオン化風と赤道面の散乱リングが偏光遅れ特性に与える影響を評価すること。
• AGNの数パーセクスケール構造を調べるための時間依存的スペクトル偏光キャンペーンに対する理論的予測を提供すること。
• 偏光遅れをAGN再放射媒体の空間的寸法を制約する独立した地震学的ツールとして確立すること。

提案手法

• AGN成分における放射移動と偏光をシミュレートするため、時間依存的版のstokesコードを用いた。
• 光学的厚さと塊の度合いを変化させた、フラレッドディスクやトーラス的分布を含む複数のほこり幾何構造をテストした。
• 可変な光学的厚さ（τ = 0.1–0.3）を持つ赤道面の電子リングと極方向のイオン化風からの散乱を組み込んだ。
• 観測者の傾きに応じた全強度に対する偏光度、位置角、および時間遅れをシミュレートした。
• NGC 4151における観測された偏光遅れと比較してパラメータをキャリブレーションし、予測の妥当性を検証した。
• 構造的特徴を分離するために、時間遅れが幾何構造、光学的厚さ、観測角度に依存するかを分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フラレッドディスク対トーラスという異なるほこり幾何構造は、AGNにおける偏光遅れにどのように影響するか？
• RQ2 塊の度合いと光学的厚さは、タイプ1およびタイプ2 AGNにおける偏光遅れの形態にどのような役割を果たすか？
• RQ3 極方向のイオン化風と赤道面の散乱リングは、偏光遅れの大きさと安定性にどのように影響するか？
• RQ4 偏光遅れは、互いに競合するAGN幾何構造をどの程度区別でき、モデルの不確実性を低減できるか？
• RQ5 偏光リバーブレーションは、線幅領域および散乱領域の空間的構造を地震学的に探査するツールとして機能できるか？

主な発見

• タイプ2 AGNは、光学的厚さが高く塊の多いほこり構造による多重散乱のおかげで、タイプ1よりも著しく長い偏光遅れを示し、遅れは最大で5–10倍にのぼる。
• フラレッドディスクのほこり幾何構造は、タイプ1とタイプ2のAGNにおける偏光遅れに明確な違いを生じさせるが、トーラス幾何構造では、内側表面の光学的厚さと幾何構造に敏感なため、その違いが弱い。
• ほこり分布の塊の度合いが高まると、特にタイプ2の観測方向において、経路長と散乱確率が増加し、偏光遅れが長くなる。
• 極方向のイオン化風は遅れを増加させ、観測角度依存性を低下させ、特に光学的厚さが高くなる（τ = 0.3）と、偏光応答が滑らかになる。
• 赤道面の散乱リングは、散乱光子が直接極方向に抜け出すのを可能にし、タイプ1の観測角度では有効な経路長を短くすることで、遅れを短くする。
• 赤道面リングと極方向風の組み合わせは、局所的AGNの観測値と整合する偏光度と角度を安定化させ、モデルの現実性を向上させる。