[論文レビュー] The Far-Infrared emission of Radio Loud and Radio Quiet Quasars

M. Polletta, T. Courvoisier+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2000

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 5被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、ISO、IRAM、SCUBA、ESOの多波長データを用いて、22個のクェーサー（電波強、電波中程度、電波弱タイプを含む）の遠赤外〜電波域のスペクトルエネルギー分布（SED）を分析した。その結果、電波強でスペクトルが平坦なクェーサー（FSRQ）を除き、すべてのクェーサーでAGNの可視光／紫外線放射によって加熱された熱的ダスト放射が中〜遠赤外域を支配していることが判明した。一方、FSRQでは非熱的シンクロトロン放射が支配的となり、熱的成分が覆い隠されている。ダストの性質（温度、質量、サイズ、輝度）は、クェーサーのタイプ間で統計的に有意な差がなく、電波の強さに関係なくAGNの外部構造が類似していることを示唆している。

ABSTRACT

Continuum observations at radio, millimetre, infrared and soft X-ray energies are presented for a sample of 22 quasars, consisting of flat and steep spectrum radio loud, radio intermediate and radio quiet objects. The primary observational distinctions, among the different kinds of quasars in the radio and IR energy domains are studied using large observational datasets provided by ISOPHOT on board the Infrared Space Observatory, by the IRAM interferometer, by the sub-millimetre array SCUBA on JCMT, and by the European Southern Observatory (ESO) facilities IRAC1 on the 2.2 m telescope and SEST. The spectral energy distributions of all quasars from radio to IR energies are analyzed and modeled with non-thermal and thermal spectral components. The dominant mechanism emitting in the far/mid-IR is thermal dust emission in all quasars, with the exception of flat spectrum radio loud quasars for which the presence of thermal IR emission remains rather uncertain, since it is difficult to separate it from the bright non-thermal component. The dust is predominantly heated by the optical/ultraviolet radiation emitted from the external components of the AGN. A starburst contributes to the IR emission at different levels, but always less than the AGN (< 27%). The distribution of temperatures, sizes, masses, and luminosities of the emitting dust are independent of the quasar type.

研究の動機と目的

• 電波輝度が異なるクェーサーにおける遠赤外・中赤外域の支配的発光メカニズムを特定すること。
• 電波強・電波中程度・電波弱クェーサーの間で、ダストの性質（温度、質量、サイズ、輝度）に顕著な差が存在するかを評価すること。
• 特にスペクトルが平坦な電波強クェーサー（FSRQ）において、非熱的（シンクロトロン）と熱的（ダスト）成分の相乗作用を調査すること。
• さまざまなクェーサー型において、星形成活動が赤外線発光に与える寄与がAGN寄与と比較してどの程度かを評価すること。
• 観測された電波輝度の差が、中心部のエネルギー源の本質的差異か、環境的要因に起因するかを検証すること。

提案手法

• ISOのISOPHOT、IRAM干渉計、JCMTのSCUBA、ESO 2.2m望遠鏡のIRAC1、SESTを用いて、電波から軟X線エネルギー域にわたる多波長連続スペクトル観測を実施した。
• 電波〜赤外域にわたるスペクトルエネルギー分布（SED）を構築し、非熱的（シンクロトロン）および熱的（グレイボディ）成分を用いてモデル化した。
• 遠赤外〜サブミリ波長帯でのスペクトル傾き（Fν ∝ ν^α）を用いて、熱的（α > 2.5）と非熱的（α < 2.5）発光を区別した。さらに変動性および偏光の観測による補足的検証も行った。
• 電波データから非熱的シンクロトロン成分を外挿し、赤外域への寄与を推定することで、残りの熱的発光成分を分離した。
• 非熱的成分を差し引いた赤外データにグレイボディ関数をフィットさせ、ダスト温度、質量、サイズ、輝度を導出した。
• クェーサー型ごとに全輝度および物理的パラメータを比較し、ダスト性質および発光メカニズムに統計的差異があるかを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電波強・電波中程度・電波弱クェーサーにおける遠赤外・中赤外域の支配的発光メカニズムは何か？
• RQ2 電波の強さが異なるクェーサー型間で、ダストの物理的性質（温度、質量、サイズ、輝度）に顕著な差が存在するか？
• RQ3 これらのクェーサーにおいて、星形成活動が赤外線発光に与える寄与はどの程度で、AGN寄与と同等かそれ未満か？
• RQ4 明るくスペクトルが平坦な非熱的成分が存在する場合、熱的ダスト発光の検出可能性および解釈にどのような影響を与えるか？
• RQ5 電波強クェーサーと電波弱クェーサーの間で観測された電波輝度の差は、中心部のエネルギー源の差異か、環境的要因に起因するか？

主な発見

• 可視光／紫外線放射によって加熱された熱的ダスト放射が、スペクトルが平坦な電波強クェーサー（FSRQ）を除くすべてのクェーサーで、遠赤外・中赤外域を支配する。FSRQでは非熱的シンクロトロン放射が支配的となり、熱的成分が覆い隠されている。
• 推定されたダスト温度は43 Kから1900 K、サイズは0.06 pcから9.0 kpc、質量は6 × 10⁴ M⊙から4 × 10⁷ M⊙の範囲であり、クェーサー型間で顕著な差は認められなかった。
• グレイボディ成分の積分により導かれた全赤外線輝度は2 × 10¹¹ L⊙から760 × 10¹¹ L⊙の範囲であり、電波強・中程度・弱クェーサー間で統計的に有意な差は認められなかった。
• 星形成活動による赤外線発光寄与は、常に全発光の27%以下であり、すべてのクェーサー型でAGNが赤外線出力の主因であることが示された。
• 電波データから外挿した非熱的シンクロトロン成分を差し引いた残りの赤外線発光は、電波特性に関係なく、すべてのクェーサー型で類似したスペクトル形状と輝度を示した。
• 結果から、電波弱クェーサーと勾配が急な電波強クェーサーの主な差異は、内側核領域にあり、後者では軟X線および高エネルギー放射が強く、一方外側のAGNおよびダスト成分は類似していると考えられる。