[論文レビュー] Modeling optical and UV polarization of AGNs II. Polarization imaging and complex reprocessing

Frédéric Marin, R. W. Goosmann+3 more|Sep 13, 2012

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 69被引用数 42

ひとこと要約

本稿では、STOKESモンテカルロ放射移動コードに新たな偏光イメージング機能を導入し、熱的AGNにおける光学およびUV偏光をモデル化する。これは、恒星のまわりの散乱、-dusty torus、および極方向噴流による複雑な再放射を組み込む。その結果、観測された偏光二分法を再現するには、広いトーラス半開口角（約60°）と、τ ≈ 1–3 の等方的散乱が不可欠であることが判明。タイプ1 AGNでは偏光が平行に、タイプ2 AGNでは幾何学的および光学的厚さの制約により垂直に偏光する。

ABSTRACT

We model the spectropolarimetric signature resulting from the radiative coupling between the innermost parts of active galactic nuclei (AGNs). We use a new public version of STOKES, a Monte Carlo radiative transfer code presented in the first paper of this series. The code has been significantly improved for computational speed and polarization imaging has been implemented. We couple continuum sources with equatorial scattering regions, polar outflows, and toroidal obscuring dust and we study the resulting polarization. We compute a grid of thermal AGN models for different half-opening angles of the torus and polar winds. We also consider a range of optical depths for equatorial and polar electron scattering and investigate how the model geometry influences the type-1/type-2 polarization dichotomy for thermal AGNs. We put new constrains on the inflowing medium within the inner walls of the torus. The inflow should be confined to the common equatorial plane of the torus and the accretion disc and have a radial optical depth of 1 < tau < 3. Our modeling of type-1 AGNs also indicates that the torus is more likely to have a large (~ 60°) half-opening angle. Polarization perpendicular to the axis of the torus may arise at a type-1 viewing angle for a torus half-opening angle of 30°- 45° or polar outflows with an optical depth near unity. Our modeling suggests that most Seyfert-2 AGN must have a half-opening angle > 60° to match the level of perpendicular polarization expected. If outflows are collimated by the torus inner walls, they must not be optically thick (tau < 1) in order to preserve the polarization dichotomy. The wind's optical depth is found not to play a critical role for the degree of polarization of type-2 thermal AGNs but it has a significant impact on the type-1/type-2 polarization dichotomy when the optical depth exceeds tau = 0.3.

研究の動機と目的

• 複数の再放射成分を含む物理的に整合性のある放射移動フレームワークを用いて、熱的AGNの偏光シグネチャーをモデル化すること。
• 幾何学的形状と光学的厚さが偏光位置角および偏光度に与える影響を分析することで、タイプ1/タイプ2の偏光二分法を解明すること。
• 分光偏光観測を用いて、特に降着円盤、トーラス、および噴流の内側AGN環境の構造を制約すること。

提案手法

• STOKESモンテカルロ放射移動コードにおける偏光イメージングの実装により、空間的に分解されたフラックスおよび偏光マップの生成が可能になった。
• 3つの主要な再放射成分のモデル化：等方的電子散乱、ダストトーラス、二重円錐型極方向噴流。
• 半開口角（30°–60°）、光学的厚さ（τ < 3）、観測角度を変化させたグリッドベースの偏光計算。
• より優れた乱数生成と計算最適化を用いて、収束を高速化し、高精度なシミュレーションを実現。
• 観測されたAGN分光偏光とモデルの偏光スペクトルおよび画像を比較し、幾何学的形状と光学的厚さを制約。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 タイプ1 AGNで観測された平行偏光を再現するには、どのようなトーラス幾何学的形状と光学的厚さが必要か？
• RQ2 等方的散乱と極方向散乱の成分は、熱的AGNにおける全体の偏光シグネチャーにどのように寄与するか？
• RQ3 クラッピィまたは滑らかなトーラスを仮定した場合、タイプ2 AGNで観測された垂直偏光を再現可能か？また、風の光学的厚さはどのような役割を果たすか？
• RQ4 トーラスと噴流軸のずれが、NGC 1068のようなAGNにおける偏光パターンに与える影響は？
• RQ5 偏光スペクトルは、トーラスのフンネル内に等方的散乱領域が存在するかどうかをどのように制約するか？

主な発見

• タイプ1 AGNで観測された平行偏光を再現するには、等方的散乱領域における径方向光学的厚さが1 < τ < 3である必要がある。これは、降着円盤の外縁で光学的に厚い散乱が発生していることを示唆する。
• タイプ1 AGNで観測された平行偏光を生成するには、約60°の広いトーラス半開口角が必要である。一方、狭い開口角では垂直偏光が優位になる。
• タイプ2 AGNは、観測された垂直偏光レベルに一致させるために、半開口角が60°以上である必要がある。これは、大多数のセフィート2型AGNが広く開かれたトーラスを持つことを示唆する。
• τ ≈ 1 の極方向噴流は、タイプ2の観測角度で垂直偏光を生成可能だが、偏光二分法を維持するためには光学的に厚くない（τ < 1）ことが条件である。
• タイプ2 AGNの偏光度は風の光学的厚さにほとんど依存しないが、τ > 0.3 であると、偏光角分布が変化し、タイプ1/タイプ2の偏光二分法に顕著な影響を与える。
• 等方的散乱を含めたモデルでは、より凸型の偏光スペクトルが予測される。これは、幅広いライン領域が見えないAGNにおいて、このような領域を同定するための診断ツールとなる可能性がある。