[論文レビュー] The dusty heart of nearby active galaxies -- II. From clumpy torus models to physical properties of dust around AGN

S. Hoenig, Makoto Kishimoto|arXiv (Cornell University)|Sep 24, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用数 125

ひとこと要約

本論文は、AGN周囲のほこりだらけの円盤の放射線輸送モデル（CAT3D）を向上させ、ほこりの存在下での拡散放射場の取り扱いを改善した。これにより、SEDと干渉計測定データを物理的ほこり特性によりよく変換できるようになった。標準的なISMほこり（$\tau_V \sim 50$）が観測された赤外SEDと最も一致し、中赤外域スペクトル指数と干渉計測定の可視性特徴が、特にタイプ1AGNにおいて、径方向ほこり分布のべき乗指数 $a$ を制限できることを示した。

ABSTRACT

The dusty environments (= "dust tori'') of AGN are now in reach of observations. Following our paper I on ground-based mid-IR spectro-photometry (Hönig et al. 2010), we present an upgrade to our radiative transfer model of 3-dimensional clumpy dust tori. The upgrade with respect to Hönig et al. (2006) concerns an improved handling of the diffuse radiation field in the torus which is approximated by a statistical approach. The models are presented as tools to translate classical and interferometric observations into characteristic properties of the dust distribution. We compare model SEDs for different chemical and grain-size compositions of the dust and find that clouds with standard ISM dust and optical depth tau_V~50 appear in overall agreement with observed IR SEDs. By studying parameter dependencies, it is shown that type 1 AGN SEDs, in particular the mid-IR spectral index, can be used to constrain the radial dust cloud distribution power-law index 'a', while other parameters are more difficult to assess using SEDs only. Interferometry adds important additional information for modeling when interpreted simultaneously with the SED. Although type 2 AGN can, in principle, be used to constrain model parameters as well, obscuration effects make the analysis more ambiguous. We propose a simple, interferometry-based method to distinguish between "compact'' and "extended'' radial dust distributions without detailed modeling of the data and introduce a way to easily determine individual or sample average model parameters using the observed optical depth in the silicate feature and the mid-IR spectral index.

研究の動機と目的

• 拡散放射場の統計的アプローチを用いて、3次元くずれのあるほこり円盤の放射線輸送モデリングを改善する。
• 古典的なSEDと干渉計測定を、組成、光学的厚さ、径方向分布といった物理的ほこり特性に直接変換できるようにする。
• SEDのみとSEDと干渉計測定を併用した場合の、ほこりパラメータの制約を評価し、特にタイプ1とタイプ2AGNを区別することを目的とする。
• 完全なモデリングを経ずに、ほこり分布を「コンパクト」または「拡張」に分類する、シンプルな干渉計測定ベースの手法を開発する。
• 研究者らが観測されたシリケート特徴の光学的厚さと中赤外スペクトル指数からモデルパラメータを導出できる実用的ツール（CAT3D）を提供する。

提案手法

• ランダムに配置されたほこりの雲を有する3次元くずれのある円盤幾何学的形状を採用し、計算効率と現実性を高めるために、拡散放射場に統計的近似を適用する。
• UVからX線までの4成分のべき乗法AGN連続スペクトル（$F_\nu \propto \nu^{2}, \nu^{1/3}, \nu^{-1}, \nu^{-2}$）を照照明源として使用する。
• 標準的なISMほこり（シリケート＋グラファイト）を主なテストケースとして、ほこり組成依存の吸収効率 $Q_{\text{abs}}(\nu)$ を用いて吸収・再放射を計算する。
• べき乗指数 $a$ で特徴づけられるさまざまな径方向分布に対して、SEDと中赤外干渉計測定可視性曲線（スペクトル特徴を含む）をシミュレートする。
• NGC 1068 や NGC 4151 などのAGNからの観測された赤外SEDと干渉計測定データと比較し、パラメータのデゲネラシーと制約を評価する。
• 完全なモデリングを回避するため、観測されたシリケート特徴の光学的厚さと中赤外スペクトル指数から、平均モデルパラメータを推定する手法を導入する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 くずれのある円盤モデルにおける拡散放射場の改善された取り扱いが、赤外SEDと可視性曲線の予測にどのように影響するか？
• RQ2 どのほこり組成と光学的厚さが、近隣AGNの観測された赤外SEDを最もよく再現するか？
• RQ3 タイプ1AGNにおける中赤外スペクトル指数は、径方向ほこり雲分布のべき乗指数 $a$ をどの程度制約できるか？
• RQ4 SEDのみと比較して、干渉計測定はほこり円盤パラメータの制約をどの程度向上させるか？
• RQ5 完全な放射線輸送モデリングを経ずに、シンプルな干渉計測定ベースの手法で、コンパクトな分布と拡張した分布を区別できるか？

主な発見

• 標準的なISMほこり（$\tau_V \sim 50$）が、近隣AGNの観測された赤外SEDと最も良い一致を示した。
• タイプ1AGNにおける中赤外スペクトル指数は、径方向ほこり雲分布のべき乗指数 $a$ を強く制約するが、干渉計測定データと併用することでデゲネラシーが低減される。
• 可視性曲線におけるシリケート特徴は複雑な振る舞いを示す：$a$ に応じて発光または吸収として現れ、$a \sim -1$ でほぼ相殺されるが、その強度は複数のパラメータとデゲネラシーを示す。
• 干渉計測定データは、特にタイプ1AGNにおいて、SEDのみに比べて幾何学的形状と径方向分布の制約に重要な情報を追加する。
• 降着円盤はタイプ1AGNの近赤外領域で5–50％の寄与にとどまり、可視性振幅に与える影響はわずか（≤0.1の変動）であるため、主モデルで無視しても問題ない。
• 観測されたシリケート特徴の光学的厚さと中赤外スペクトル指数から、完全なモデリングを経ずに平均モデルパラメータを推定する実用的手法が提案された。