[論文レビュー] Probing the Wind Component of Radio Emission in Luminous High-Redshift Quasars

Gordon T. Richards, Trevor V. McCaffrey+5 more|arXiv (Cornell University)|Jun 14, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 141被引用数 19

ひとこと要約

本研究は、明るく高赤方偏移の電波低減クェーサーにおける降着円盤風衝撃の電波放射への寄与を、深さのある3-GHz VLAおよびLOFAR調査観測を用いて調査した。電波検出率がC IV発光ライン特性と非線形的に相関することを発見し、星形成、弱いジェット、コロナ、風駆動衝撃といった複数の電波放射起源が、Eddington比に応じて存在することを示唆している。風関連の衝撃は、高光度クェーサーにおいて顕著になる。

ABSTRACT

We discuss a probe of the contribution of wind-related shocks to the radio emission in otherwise radio-quiet quasars. Given 1) the non-linear correlation between UV and X-ray luminosity in quasars, 2) that such correlation leads to higher likelihood of radiation-line-driven winds in more luminous quasars, and 3) that luminous quasars are more abundant at high redshift, deep radio observations of high-redshift quasars are needed to probe potential contributions from accretion disk winds. We target a sample of 50 $z\simeq 1.65$ color-selected quasars that span the range of expected accretion disk wind properties as traced by broad CIV emission. 3-GHz observations with the Very Large Array to an rms of $\approx10\mu$Jy beam$^{-1}$ probe to star formation rates of $\approx400\,M_{ m Sun}\,{ m yr}^{-1}$, leading to 22 detections. Supplementing these pointed observations are survey data of 388 sources from the LOFAR Two-metre Sky Survey Data Release 1 that reach comparable depth (for a typical radio spectral index), where 123 sources are detected. These combined observations reveal a radio detection fraction that is a non-linear function of \civ\ emission-line properties and suggest that the data may require multiple origins of radio emission in radio-quiet quasars. We find evidence for radio emission from weak jets or coronae in radio-quiet quasars with low Eddingtion ratios, with either (or both) star formation and accretion disk winds playing an important role in optically luminous quasars and correlated with increasing Eddington ratio. Additional pointed radio observations are needed to fully establish the nature of radio emission in radio-quiet quasars.

研究の動機と目的

• 風関連の衝撃が電波低減クェーサー、特に高赤方偏移領域で電波放射に寄与するかどうかを検証すること。
• 降着円盤風の性質に応じて、星形成、ジェット、コロナ、衝撃といった電波放射起源の寄与割合がどのように変化するかを特定すること。
• 高光度・高赤方偏移クェーサーにおける電波検出率が、吸収等価幅やブルーシフトといったC IV発光ライン診断子と非線形的に相関するかどうかを評価すること。
• 電波低減クェーサーにおける弱い電波放射が星形成に起因するとする仮定に疑問を呈し、風衝撃などの代替的起源を調査すること。

提案手法

• C IV発光ライン特性に多様性を持つ50個のz ≈ 1.65のカラー選別クェーサーを標的とし、10 µJy beam⁻¹程度のルーズ深さに達する3-GHz Very Large Array (VLA) ポイント観測を実施した。
• 388個のソースをLOFAR Two-metre Sky Survey Data Release 1から補足し、一般的な電波スペクトル指数と同等の深さを達成した。
• 降着円盤風の強度の代理指標として、C IV発光ラインパラメータ（静止波長に対する吸収等価幅およびブルーシフト）を用いた。
• ノイズの多いデータから強固なC IV発光パラメータを導出するため、独立成分分析（ICA）を適用した。
• 電波検出率および電波光度をC IV診断子と相関させ、複数の放射メカニズムを示す非線形的傾向を特定した。
• 遠赤外線SFR推定値を用いて星形成の役割を評価し、AGN加熱によるダストの影響がSFR指標にバイアスを及える可能性を検討した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高赤方偏移・電波低減クェーサーにおける電波検出率が、C IV発光ライン特性と非線形的に相関するか。これは、複数の放射メカニズムが存在することを示唆するか。
• RQ2 高光度・高赤方偏移クェーサー、特に高Eddington比を持つものにおいて、風駆動衝撃が電波放射に寄与する証拠があるか。
• RQ3 星形成、弱いジェット、コロナ、風衝撃といった電波放射寄与割合が、クェーサーの降着特性に応じてどのように変化するか。
• RQ4 これらのクェーサーの主星系におけるAGN加熱ダストが、遠赤外線放射に基づくSFR推定値にどの程度バイアスを及えるか。

主な発見

• サンプルにおける電波検出率は、C IV発光ライン特性の非線形関数である。これは、電波低減クェーサーに複数の電波放射メカニズムが共存していることを示唆する。
• Eddington比が低いクェーサーでは、弱いジェットまたはコロナ放射の証拠が見られるが、Eddington比が高いクェーサーでは、星形成および風駆動衝撃の両方と強い相関が観測された。
• データから、風関連の衝撃が、特に高Eddington比の高光度クェーサーにおいて、電波放射への顕著な寄与を果たしている可能性が示唆された。
• 非検出例は、星形成のみのモデルに整合的であるが、AGN加熱ダストが遠赤外線SFR推定値にバイアスを及えない限り成立せず、風からの潜在的寄与が隠れている可能性を示唆した。
• 観測された傾向は、電波放射の単一の主要な起源とは整合せず、電波低減クェーサーにおける電波放射は複数成分モデルを必要とする。
• 今後の研究では、より深く高解像度の観測を実施し、コンactジェットを検出するとともに、VLASSデータを用いたスペクトル指数解析により、光学的厚い・薄い電波放射成分を区別することが重要である。