[論文レビュー] The dusty heart of Circinus: I. Imaging the circumnuclear dust in N-band

J. W. Isbell, C. Paladini+29 more|Ghent University Academic Bibliography (Ghent University)|May 3, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、VLTI/MATISSE Nバンド干渉計画像測定を用いて、Circinus銀河の核周囲ダストを初めて解像し、45°に傾いた1.9 pcの薄いディスクと、4×1.5 pcの不連続な極方向発光構造を特定した。極方向のダストは12 μmの全放射の約60%を占め、密度の高いディスクよりも平坦な温度プロファイルを示しており、AGN統一モデルにおけるクラスタ型で放射駆動型噴流構造の直接的証明を提供する。

ABSTRACT

Active galactic nuclei play a key role in the evolution of galaxies, but their inner workings and physical connection to the host are poorly understood due to a lack of angular resolution. Infrared interferometry makes it possible to resolve the circumnuclear dust in the nearby Seyfert 2 galaxy, Circinus. Previous observations have revealed complex structures and polar dust emission but interpretation was limited to simple models. MATISSE makes it possible to image these structures for the first time. We observed the Circinus Galaxy with VLTI/MATISSE, producing 150 correlated flux spectra and 100 closure phase spectra. We reconstructed images in the N-band at ~10 mas resolution. We fit blackbody functions with dust extinction to several aperture-extracted fluxes from the images to produce a temperature distribution of central dusty structures. We find significant substructure in the circumnuclear dust: central unresolved flux of ~0.5 Jy, a thin disk 1.9 pc in diameter oriented along ~45 deg,and a ~4x1.5 pc polar emission extending orthogonal to the disk. The polar emission exhibits patchiness, which we attribute to clumpy dust. Flux enhancements to the east and west of the disk are seen for the first time. We distinguish the temperature profiles of the disk and of the polar emission: the disk shows a steep temperature gradient indicative of denser material; the polar profile is flatter, indicating clumpiness and/or lower dust density. The unresolved flux is fitted with a high temperature, ~370 K. The polar dust remains warm (~200 K) out to 1.5 pc from the disk. The recovered morphology and temperature distribution resembles modeling of accretion disks with radiation-driven winds at large scales, but we placed new constraints on the subparsec dust. The subparsec features imaged here place new constraints on the physical modeling of circumnuclear dust in active galaxies.

研究の動機と目的

• 核周囲ダストの形態と温度分布を、サブパーセク解像度でCircinus銀河でマッピングすること。
• 超大質量ブラックホール周囲のダスト構造を解像することで、統一AGNモデルの妥当性を検証すること。
• 中心の未解像化された放射、ディスク、極方向発光の各ダスト成分が全中赤外線放射に与える寄与を特定すること。
• 空間的に解像された干渉計データを用いて、ダストトルスおよび放射駆動風の物理的モデルを制約すること。
• クロージャーフェーズ画像法を用いて、極方向ダスト発光のクラスタ性および不均一性を調査すること。

提案手法

• 観測は、非常に大型望遠鏡干渉計（VLTI）に搭載されたマルチアパーチャー中赤外線分光画像実験（MATISSE）を用いて実施された。
• 150本の相関関係を持つフラックススペクトルと100本のクロージャーフェーズスペクトルが記録され、約10 masの解像度で干渉計画像が得られた。
• 可視性およびクロージャーフェーズデータを用いて画像再構築を行い、Nバンドダスト発光の空間的形態を回復した。
• 再構築画像から抽出した開口部のフラックスに、ダスト減光を伴う黒体関数をフィットさせ、温度および減光プロファイルを導出した。
• 13の開口部にわたる温度分布の分析により、ディスクの径方向勾配と極方向拡張部の差を区別した。
• クラスタ型トルスモデル（Schartmann et al. 2008; Stalevski et al. 2019）およびディスク＋風シミュレーション（Wada et al. 2016）と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Circinus銀河の核周囲ダストの空間的形態は、サブパーセク解像度でどのように見えるか？
• RQ2 ディスクと極方向ダスト成分の温度プロファイルはどのように異なり、それぞれのダスト密度およびクラスタ性に何を示唆するか？
• RQ3 極方向ダスト発光は、どれくらいの割合でクラスタまたはフィラメントで構成されており、AGN統一モデルにどのような影響を与えるか？
• RQ4 12 μmの全放射の何パーセントが中心の未解像化された源、ディスク、極方向構造から来ているか？
• RQ5 既存のクラスタ型トルスおよびディスク＋風モデルは、観測された形態と温度分布をどれくらいよく再現できるか？

主な発見

• 核周囲ダスト構造は、約0.5 Jyの中心未解像化フラックス、45°に傾いた約1.9 pcの直径の薄いディスク、およびディスクに直交する方向に約4×1.5 pcにわたり延びる極方向発光から成る。
• 極方向ダスト発光は、解像度要素のスケールで顕著な不連続性を示しており、滑らかで連続的な構造ではなく、クラスタ性の直接的証明を示している。
• 極方向ダストは全12 μm放射の約60%を占め、ディスクは10%、未解像化コアは6%であり、残りの放射は解像度により分解された。
• 中心未解像化フラックスは約370 Kの高い温度でフィットされ、極方向ダストは中心からの距離1.5 pcまで約200 Kの温かさを維持しており、持続的な加熱を示している。
• ディスクは急な温度勾配を示しており、密度が高く、コンパクトな物質を示しているのに対し、極方向成分は平坦な温度プロファイルを示しており、クラスタ性および／または低密度を示している。
• ダスト減光は、A_V = 28.5_{-7.7}^{+8.5} magの前段遮光板で良好にフィットされ、銀河スケールの値と一致しており、領域全体で顕著な局所的変動は認められなかった。