[論文レビュー] Spectral Energy Distribution Models for Low-luminosity Active Galactic Nuclei in LINERs

Rodrigo Nemmen, Thaisa Storchi‐Bergmann+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 20, 2011

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、21個の低減光活動銀河核（LLAGN）を含むLINERsにおける、電波〜X線にわたるスペクトルエネルギー分布（SED）を、内側に圧倒的降着流（ADAF）と断片化した薄いディスクを有する、結合された降着-ジェットモデルを用いてモデル化した。主な発見は、大多数の源でジェット放射が電波帯およびX線帯を支配しており、X線はジェット、ADAF、または両者の組み合わせから生じるため、静止状態のブラックホールにおける降着およびジェット駆動力の制約に不可欠である。

ABSTRACT

Low-luminosity active galactic nuclei (LLAGNs) represent the bulk of the AGN population in the present-day universe and they trace the low-level accreting supermassive black holes. In order to probe the accretion and jet physical properties in LLAGNs as a class, we model the broadband radio to X-rays spectral energy distributions (SEDs) of 21 LLAGNs in low-ionization nuclear emission-line regions (LINERs) with a coupled accretion-jet model. The accretion flow is modeled as an inner ADAF outside of which there is a truncated standard thin disk. We find that the radio emission is severely underpredicted by ADAF models and is explained by the relativistic jet. The origin of the X-ray radiation in most sources can be explained by three distinct scenarios: the X-rays can be dominated by emission from the ADAF, or the jet, or the X-rays can arise from a jet-ADAF combination in which both components contribute to the emission with similar importance. For 3 objects both the jet and ADAF fit equally well the X-ray spectrum and can be the dominant source of X-rays whereas for 11 LLAGNs a jet-dominated model accounts better than the ADAF-dominated model for the data. The individual and average SED models that we computed can be useful for different studies of the nuclear emission of LLAGNs. From the model fits, we estimate important parameters of the central engine powering LLAGNs in LINERs, such as the mass accretion rate and the mass-loss rate in the jet and the jet power - relevant for studies of the kinetic feedback from jets.

研究の動機と目的

• 局所宇宙における支配的であるとされる低減光AGN（LLAGN）の電波〜X線にわたる広帯域SEDの物理的起源を理解すること。
• LLAGNにおいて、降着流（ADAF）と相対論的ジェットのどちらが電波〜X線波長域で放射を支配しているかを特定すること。
• LLAGNにおける質量降着率、ジェット駆動力、ジェット内質量損失率といった主要な物理的パラメータを制約すること。
• X線放射へのADAFおよびジェット成分の相対的寄与度を評価し、長年のX線起源に関する曖昧さを解消すること。
• 今後の静止状態のブラックホールにおける運動エネルギーフィードバックおよび降着の研究に適用可能な、一貫性があり物理的に妥当なSEDモデリングフレームワークを提供すること。

提案手法

• 21個のLINERs内LLAGNの広帯域SED（電波〜X線）を、内側にADAFと断片化した標準的薄いディスクを有する結合された降着-ジェットモデルでモデリングした。
• 内側降着流としてADAFモデルを用い、低放射効率および幾何学的に厚く、高温のプラズマを仮定し、質量降着率や内半径といったパラメータを設定した。
• 電波放射を説明するため、相対論的ジェット成分を含み、ジェット駆動力およびスペクトル指数は電波の等価放射度とMerloni & Heinz (2007)の相関関係から導出した。
• 合成スペクトルを3つのシナリオ（ADAF支配、ジェット支配、ジェット-ADAF併合）について比較し、X線および電波データを用いて観測SEDにフィットした。
• ブラックホールの基本平面を用いて、X線および電波の等価放射度からブラックホール質量を推定し、文献からの傾斜角およびBondi降着率を用いた。
• X線および電波の放射度を用いてモデルのフィットを評価し、観測された等価放射度およびスペクトル指数からジェット駆動力および降着率の制約を得た。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LLAGNにおける電波放射の主な物理的起源は何か？
• RQ2 ADAFおよびジェット成分がLLAGNのX線放射に果たす相対的寄与度はどの程度か？
• RQ3 LLAGNにおける推定された降着率およびジェット駆動力は、標準的薄いディスクモデルの予想と一致するか？
• RQ4 観測されたLLAGNのSEDは、結合されたADAF-ジェットモデルで一貫して説明可能か、それとも代替的な物理的メカニズムを要するか？
• RQ5 ジェット支配の結果が、静止状態の銀河における運動エネルギーフィードバックに与える意味は何か？

主な発見

• ADAFモデルのみではLLAGNの電波放射が著しく予測不足となることが確認され、相対論的ジェットが電波放射の主因であることが裏付けられた。
• 21個のLLAGNのうち11個の源では、ジェット支配モデルがADAF支配モデルよりもX線データによりよくフィットしたため、大多数の源でX線帯でジェット支配が成立していることが示された。
• 3個のLLAGNでは、ジェットおよびADAF両成分がX線スペクトルを同程度よくフィットしたため、X線放射への顕著な共同寄与が示唆された。
• 残りの7個の源では、X線放射がジェットおよびADAF両成分の組み合わせによって最もよく説明され、両者の寄与度が同等に重要であった。
• 推定されたジェット駆動力は、~10^40〜~10^44 erg s⁻¹の範囲にあり、典型的な値は10^42–10^43 erg s⁻¹程度であり、運動エネルギーフィードバック機構と整合的であった。
• ADAF成分における質量降着率は、~10⁻⁴〜10⁻³倍のEddington率と推定され、典型的な値は約10⁻⁴ M☉ yr⁻¹であり、極めてEddington未満の降着状態であることが示された。