[論文レビュー] The Elusive Active Nucleus of NGC 4945

A. Marconi, E. Oliva+5 more|arXiv (Cornell University)|Feb 11, 2000

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、活発な星形成が見られる近距離の銀河NGC 4945を、ハッブル宇宙望遠鏡のNICMOSおよび地上望遠鏡による近赤外・ミッド赤外観測を用いて調査した。近赤外域にAGNの特徴が検出されない（点源やCO線の幅広がりが認められない）にもかかわらず、強力で変動するハードX線放射が観測されており、これは全方向に完全に遮蔽されているか、X線に比べてUV放射が著しく不足しているため、標準的なAGNモデルに反する隠れたAGNを示しており、強力なAGNが赤外線波長域で検出されない可能性が示唆される。

ABSTRACT

We present new HST NICMOS observations of NGC 4945, a starburst galaxy hosting a highly obscured active nucleus that is one of the brightest extragalactic sources at 100 keV. The HST data are complemented with ground based [FeII] line and mid--IR observations. A 100pc-scale starburst ring is detected in Pa alpha, while H_2 traces the walls of a super bubble opened by supernova-driven winds. The conically shaped cavity is particularly prominent in Pa alpha equivalent width and in the Pa alpha/H_2 ratio. Continuum images are heavily affected by dust extinction and the nucleus of the galaxy is located in a highly reddened region with an elongated, disk-like morphology. No manifestation of the active nucleus is found, neither a strong point source nor dilution in CO stellar features, which are expected tracers of AGN activity. Even if no AGN traces are detected in the near-IR, with the currently available data it is still not possible to establish whether the bolometric luminosity of the object is powered by the AGN or by the starburst: we demonstrate that the two scenarios constitute equally viable alternatives. However, the absence of any signature other than in the hard X-rays implies that, in both scenarios, the AGN is non-standard: if it dominates, it must be obscured in all directions, conversely, if the starburst dominates, the AGN must lack UV photons with respect to X-rays. An important conclusion is that powerful AGNs can be hidden even at mid-infrared wavelengths and, therefore, the nature of luminous dusty galaxies cannot be always characterized by long-wavelength data alone but must be complemented with sensitive hard X-ray observations.

研究の動機と目的

• 強力なハードX線放射と赤外線域のAGN特徴の欠如を踏まえ、NGC 4945の全波長放射の大きさがAGNか星形成活動によって駆動されているかを特定すること。
• 強力なX線放射があるにもかかわらず、近赤外・ミッド赤外波長域で検出されない高遮蔽AGNが存在しうるかを調査すること。
• 多波長観測と理論的モデリングを用いて、銀河の放射の起源がAGNか星形成活動かを評価すること。
• 標準的なAGNの指標（例：点源、CO線の幅広がり）が欠落していることから、極度の遮蔽またはUV放射が著しく不足している非標準的AGNである可能性を評価すること。

提案手法

• 高分解能のハッブル宇宙望遠鏡NICMOS観測を用いて、PaαおよびH₂発光線を用いて核領域の構造とイオン化ガス・分子ガスの構造をマッピングした。
• 地上望遠鏡による近赤外[Fe ii]およびミッド赤外観測をハッブル望遠鏡のデータと統合し、全赤外線スペクトルエネルギー分布を評価した。
• 近赤外波長域の連続スペクトル画像を分析して、強い遮蔽にもかかわらず、ほこりによる減光と核の位置を特定した。
• 星形成環境におけるAGN活動のトレーサーとして知られる、星のCO線特徴の幅広がりを検討した。
• 星形成史に基づいて、星形成が全波長放射に与える寄与を推定するために星形成モデルを適用した。
• BeppoSAXおよび過去のミッションからのハードX線データを用いて、100 keV以上で変動するコンプトン厚いAGNの存在を確認した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強力なハードX線放射があるにもかかわらず、近赤外・ミッド赤外波長域で完全に検出されないAGNが存在しうるか？
• RQ2 赤外線域のAGN特徴が欠落しているにもかかわらず、NGC 4945の全波長放射はAGNか星形成活動によって支配されているか？
• RQ3 どのような物理的条件が、赤外線診断法では検出されないままに強力で変動するハードX線放射を発生させるAGNを可能にするか？
• RQ4 点源やCO線の幅広がりが検出されないことは、AGNが全方向に遮蔽されているか、または通常とは著しく低いUV/X線比を持つことを示唆するか？

主な発見

• Paα発光において、100 pcスケールの星形成リングが明確に検出され、最近の強力な星形成を示している。
• H₂発光は、超新星駆動風によって形成された円錐型の空洞の壁をトレースしており、核領域に強い噴出流が存在することを確認している。
• 核は極めて赤みがかった、縦長のほこりの帯内に位置しており、ハッブル望遠鏡の分解能でさえも近赤外連続スペクトルに点源を検出できていない。
• CO星の特徴に幅広がりは観測されず、近赤外域における星形成領域の星の集団にAGN寄与が顕著にないことが排除された。
• ハードX線放射は変動的であり、NH = 5×10²⁴ cm⁻²のコンプトン厚い性質を示しており、強力なAGNの存在が確認された。
• データは二つの同等に妥当なシナリオと整合しており、AGNが全波長放射を支配しているが全方向に完全に遮蔽されている、あるいは星形成活動が支配的でありAGNはX線に比べてUV放射が著しく不足している可能性がある。