[論文レビュー] Self-consistent 2-phase AGN torus models: SED library for observers

R. Siebenmorgen, Frank Heymann+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 18, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 119被引用数 55

ひとこと要約

本論文は、赤外線からサブミリ波長にわたり、スペクトルエネルギー分布（SED）を予測するため、クラッピーおよびスムーズなダスト成分を組み合わせた自己整合的2相AGNトーラスモデルライブラリを提示する。3次元放射移動計算にフラッピィなダスト粒子を用いることで、観測されたシリケート特徴、中赤外色、およびSEDを正確に再現し、星形成活動を必要とせず、純粋なAGNモデルが明るい源を説明可能であることを示している。本研究は、SEDフィッティングおよび固有の放射率補正に役立つ公開SEDライブラリを提供する。

ABSTRACT

We assume that dust near active galactic nuclei (AGN) is distributed in a torus-like geometry, which may be described by a clumpy medium or a homogeneous disk or as a combination of the two (i.e. a 2-phase medium). The dust particles considered are fluffy and have higher submillimeter emissivities than grains in the diffuse ISM. The dust-photon interaction is treated in a fully self-consistent three dimensional radiative transfer code. We provide an AGN library of spectral energy distributions (SEDs). Its purpose is to quickly obtain estimates of the basic parameters of the AGN, such as the intrinsic luminosity of the central source, the viewing angle, the inner radius, the volume filling factor and optical depth of the clouds, and the optical depth of the disk midplane, and to predict the flux at yet unobserved wavelengths. The procedure is simple and consists of finding an element in the library that matches the observations. We discuss the general properties of the models and in particular the 10mic. silicate band. The AGN library accounts well for the observed scatter of the feature strengths and wavelengths of the peak emission. AGN extinction curves are discussed and we find that there is no direct one-to-one link between the observed extinction and the wavelength dependence of the dust cross sections. We show that objects of the library cover the observed range of mid IR colors of known AGN. The validity of the approach is demonstrated by matching the SEDs of a number of representative objects: Four Seyferts and two quasars for which we present new Herschel photometry, two radio galaxies, and one hyperluminous infrared galaxy. Strikingly, for the five luminous objects we find pure AGN models fit the SED without a need to postulate starburst activity.

研究の動機と目的

• クラッピーおよびスムーズなダスト成分を組み合わせた物理的に自己整合的な2相AGNトーラスモデルを開発し、観測されたSEDを再現すること。
• サブミリ波長領域での発光性が向上したフラッピィなダスト粒子を用いて、シリケート特徴の強度およびピーク波長（10–11.5 µm）の観測された散乱を説明すること。
• 観測者による即時の固有放射率、観測角、内半径、光学的厚さなどの主要なAGNパラメータの推定を可能にする、公開SEDライブラリを提供すること。
• 純粋なAGNモデルが星形成活動を仮定せず、明るいAGNのSEDを説明可能かどうかを検証すること。
• AGNにおける減光曲線の解釈、特に観測された減光とダスト断面積の波長依存性との関連性の妥当性を評価すること。

提案手法

• クラッピーおよびスムーズ（ディスク）成分を含む、自己整合的な方法でダストと光子の相互作用をモデル化する3次元放射移動コードを採用した。
• 通常の宇宙空間ダスト（ISMダスト）よりもサブミリ波長領域での発光性が向上したフラッピィなダスト粒子を用い、特に1 mm付近で吸収断面積が最大10倍まで増加した。
• 観測角、内半径、体積充填率、雲の光学的厚さ、ディスク中面の光学的厚さといった広範なモデルパラメータをカバーする包括的なSEDライブラリを生成した。
• ハーシェル望遠鏡の光度測定および地上望遠鏡による高分解能中赤外線スペクトル（4つのセイフェルト銀河および2つのクェーサーの新規データ含む）を用いてモデルをキャリブレーションした。
• 単純な照合手順を適用：観測SEDに対して、ライブラリ内から最も適合するモデル要素を特定し、物理的パラメータを推定した。
• ビーム内での光子散乱が観測された減光曲線に与える影響を評価し、観測された減光とダスト断面積の波長依存性との間に直接的一対一の関係がないことを示した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クラッピーおよびスムーズな成分を有する2相AGNトーラスモデルは、シリケート特徴の強度およびピーク波長の観測された散乱を再現可能か？
• RQ2 純粋なAGNモデルは、星形成活動を追加で仮定せず、明るいAGNのSEDをどの程度まで説明可能か？
• RQ3 フラッピィなダスト粒子の使用は、特に遠赤外およびサブミリ波長領域の予測SEDにどのように影響を与えるか？
• RQ4 観測された減光曲線とAGNにおけるダスト断面積の波長依存性との間に、直接的一対一の対応関係があるか？
• RQ5 SEDライブラリは、既知のAGNサンプルで観測された中赤外色を正確に再現可能か？

主な発見

• SEDライブラリは、シリケート特徴の強度およびピーク波長の観測された散乱を成功裏に再現し、フラッピィなダスト粒子ではピーク発光が約11.5 µmにシフトするが、これはISMダスト（10.4 µm）よりも観測に近い。
• 5つの明るいAGNに対して、星形成活動を仮定せず純粋なAGNモデルがSEDをフィットした。星形成寄与はAGN放射率の3–33％（通常は約15％）にとどまった。
• ビーム内での光子散乱は、観測された減光の波長依存性を変化させ、観測された減光とダスト断面積の波長依存性との間に直接的一対一の関係がないことを示唆した。これは、減光からダスト粒子の成長を単独で推定するのを避けるべきであるという注意喚起である。
• ライブラリはAGNで観測された中赤外色の全範囲をカバーしており、その実証的妥当性が裏付けられた。
• モデルは、正面から見た場合、ディスク成分に追加の高温ダストが存在するため、近赤外線の放射率が最大で1桁高い可能性があると予測した。
• http://www.eso.org/~rsiebenm/AGN/ に公開されたSEDライブラリにより、観測（顕著）放射率から固有のAGN放射率を正確に推定可能となり、スパイイザーおよびハーシェル後のSED解析を支援する。