[論文レビュー] The Hot and Energetic Universe: Astrophysics of feedback in local AGN

M. Cappi, Chris Done+31 more|arXiv (Cornell University)|Jun 10, 2013

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 2被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、アテナ＋X線望遠鏡のX-IFU機器が、局所的な活動銀河核（AGN）の高スループット・高分解能X線分光測定を可能にし、AGN駆動風の物理的状態（イオン化度、密度、温度、速度、幾何構造）を動的時​​間スケールで直接測定できることを提案している。この観測により、周銀河媒質におけるフィードバック過程が解明され、高赤方偏移におけるAGNフィードバックを理解するためのテンプレートが確立される。

ABSTRACT

Understanding the astrophysics of feedback in active galactic nuclei (AGN) is key to understanding the growth and co-evolution of supermassive black holes and galaxies. AGN-driven winds/outflows are potentially the most effective way of transporting energy and momentum from the nuclear scales to the host galaxy, quenching star formation by sweeping away the gas reservoir. Key questions in this field are: 1) how do accretion disks around black holes launch winds/outflows, and how much energy do these carry? 2) How are the energy and metals accelerated in winds/outflows transferred and deposited into the circumgalactic medium? X-ray observations are a unique way to address these questions because they probe the phase of the outflows which carries most of the kinetic energy. We show how a high throughput, high spectral resolution instrument like the X-ray Integral Field Unit (X-IFU) on Athena+ will allow us to address these questions by determining the physical parameters (ionization state, density, temperature, abundances, velocities, geometry, etc.) of the outflows on a dynamical time-scale, in a broad sample of nearby bright AGN. The X-IFU will also allow direct spectral imaging of the impact of these winds on the host galaxy for local AGN, forming a template for understanding AGN at higher redshifts where wind shocks cannot be resolved.

研究の動機と目的

• 超大質量ブラックホールの降着円盤から放出されるエネルギーと運動量がどのようにして宿主銀河へ運ばれるかを理解すること。
• 近傍の明るいAGNにおけるAGN駆動風の物理的状態（イオン化度、密度、温度、速度、幾何構造）を特定すること。
• 風からのエネルギーと金属がどのようにして周銀河媒質へ移動し、沈殿するかをマッピングすること。
• 空間的解像度が限られる高赤方偏移系のシステムに一般化可能な、局所的フィードバックプロセスのテンプレートを提供すること。
• アテナ＋ミッションのX-IFU機器が、高温・高エネルギー宇宙におけるAGNフィードバックを探査する上で持つ変革的潜在能力を示すこと。

提案手法

• 高スループット・高スペクトル分解能X線分光測定を用いて、大部分の運動エネルギーを運ぶ熱くイオン化されたAGN風の状態を調査する。
• アテナ＋X線望遠鏡のX-IFU機器を用いて、近傍AGNの拡張した発光領域にわたる空間的に分解されたX線スペクトルを取得する。
• X線線スペクトルのフィッティングを実施し、X線線スペクトル線からイオン化状態、電子密度、温度、元素の過剰度、風の速度を導出する。
• 速度分解スペクトル特徴と空間的に分解された発光マップを用いて、風の3次元運動論的モデルを構築する。
• 直接的なスペクトルイメージングを用いて、AGN風が宿主銀河および周銀河媒質に与える影響を可視化する。
• 観測された風の性質を、降着円盤からの風の発生および運動量輸送機構に関する理論モデルと比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超大質量ブラックホールの周囲の降着円盤から風／風がどのようにして発生するのか。また、円盤の全輝度の何パーセントが運動エネルギーとして運ばれるのか。
• RQ2 AGN風から周銀河媒質へのエネルギーおよび金属の輸送効率とメカニズムは何か。
• RQ3 AGN風の物理的状態（イオン化度、密度、温度）は、宿主銀河の異なる領域でどのように変化するか。
• RQ4 X線放射が、銀河スケールでのAGNフィードバックの力学的およびエネルギー的性質をどのようにトレースするか。
• RQ5 局所的AGNの高分解能X線分光測定が、空間的解像度が不足する高赤方偏移で未解像のAGNにおけるフィードバックを解釈するためのテンプレートとしてどのように機能するか。

主な発見

• アテナ＋のX-IFUは、近傍の明るいAGNの広いサンプルにおいて、動的時間スケールで風のパラメータ（イオン化度、密度、温度、速度、幾何構造）を測定可能である。
• 高スペクトル分解能X線観測により、AGN風が宿主銀河に与える影響を直接スペクトルイメージングで可視化でき、空間的および運動論的構造を解像できる。
• この機器は、AGNフィードバックの運動エネルギー予算を支配する熱くイオン化された風の部分を検出・特徴づけることができる。
• X-IFU観測により、元素の過剰度およびイオン化状態の正確な測定が可能となり、風内での金属の起源と進化が明らかになる。
• 本研究は、空間的解像度が不十分な高赤方偏移AGNに適用可能なフィードバックモデルをキャリブレーションするための、局所的AGNが理想的な実験的環境であることを確立している。
• 高スループットと高スペクトル分解能の組み合わせにより、従来の観測機器では解像できなかった微弱で高イオン化度の風でさえ検出可能となる。