[論文レビュー] Unveiling the submerged part of the iceberg: radio-loud narrow-line Seyfert 1s with SKA

M. Berton, L. Foschini+8 more|arXiv (Cornell University)|Jan 21, 2016

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、電波発光を持つ狭線セイフェルト1型銀河（RLNLS1）という、まれで未解明な活動銀河核（AGN）クラスの検出と研究が、平方キロメートルアレイ（SKA）によっていかに画期的に進展するかを調査している。SDSS DR7およびFIRST調査データからの統計的外挿を用いて、SKAは赤方偏移z = 0.3までに最大で約1,300体のRLNLS1と約50,000体の電波非発光NLS1を検出できると予測されており、サンプルサイズの顕著な増加により、ジェット構造、電波発光の起源、宇宙論的進化に関する詳細な研究が可能になる。

ABSTRACT

Narrow-line Seyfert 1 galaxies (NLS1) are active galactic nuclei (AGN) known to have small masses of the central black hole and high accretion rates. NLS1s are generally radio-quiet, but a small part of them (about 7\%) are radio-loud. The recent discovery of powerful relativistic jets in radio-loud NLS1s (RLNLS1s), emitting at high-energy $γ$-rays, opened intriguing questions. The observed luminosity of the jet is generally weak, smaller than blazars, although when rescaled for the mass of the central black hole, it becomes of the same order of magnitude of the latter. The weak luminosity, and hence observed flux, resulted in a small number of known RLNLS1. From a recent survey of RLNLS1s, it was found that only 8 out of 42 sources had radio flux density at 1.4 GHz greater than 100 mJy, while 21 out of 42 had flux density smaller than 10 mJy. In addition, given the strong variability at all wavelengths, with present-day facilities RLNLS1s can often only be detected during high activity periods. The Square Kilometer Array (SKA), with its superior sensitivity, will break this limit, allowing us to unveil a relatively unknown population of jetted AGN. We present the results of a study aimed at evaluating the scenario that could emerge after the advent of SKA.

研究の動機と目的

• 現在、低電波放射度のため検出が困難な電波発光を持つ狭線セイフェルト1型銀河（RLNLS1）の集団を、平方キロメートルアレイ（SKA）が著しく大きな規模で検出できる可能性を評価すること。
• V/Vmaxテストを用いて、低赤方偏移NLS1サンプルの完全性と統計的信頼性を評価し、SKAの予測に向けた妥当な外挿を保証すること。
• SKAの優れた感度が、NLS1における電波放射の起源を解明する上での意義を調査すること。具体的には、ジェット活動と星形成の区別を可能にする。
• SKAが、宇宙時間にわたるジェット構造とRLNLS1の電波輝度関数の詳細な研究を可能にする仕組みを明らかにすること。
• 観測された電波発光性が、弱いジェットまたは停止したジェット、あるいは高い星形成率に起因するのかを、向上した源統計を用いて特定すること。

提案手法

• SDSS DR7およびFIRST調査データから、FWHM(Hβ) < 2000 km s⁻¹および[O III]/Hβ < 3を分類基準として、149体のNLS1（32体のRLNLS1、117体のRQNLS1）のサンプルを構築した。
• Bバンドの等級を、光学スペクトルにBフィルターテンプレートを畳み込んで得た値とし、5 GHzの放射度はスペクトル指数α = 0.5を仮定して1.4 GHzの放射度から推定した。電波発光度（RL = F_B-band / F_5GHz）を計算した。
• 両方のサンプル（電波非発光および電波発光）の統計的完全性を確認するため、V/Vmaxテストを適用した。その結果、RQNLS1では⟨V/Vmax⟩ = 0.54 ± 0.03、RLNLS1では0.45 ± 0.05が得られた。
• 源数密度を放射度密度の関数としてモデル化するため、log N–log Sテストを実施した。これは、ユークリッド空間を仮定し、SKAの感度限界（1.4 GHzで0.082 mJy hr⁻¹ᐟ²）まで外挿することを目的としている。
• RLNLS1のlog N–log S勾配（β = 0.68 ± 0.01）を用いて、z = 0.3までの検出可能な源数を外挿した。低赤方偏移での強い進化効果がないと仮定した。
• 観測上の制約要因を考慮した。具体的には、電波放射度の低下が光学放射度の類似低下と一致しなければ電波発光度が維持されないため、低赤方偏移での検出可能なRLNLS1は制限される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 平方キロメートルアレイ（SKA）は、赤方偏移z = 0.3までに、電波発光を持つ狭線セイフェルト1型銀河（RLNLS1）を何体検出できるか？
• RQ2 RLNLS1とRQNLS1の放射度空間における予想される分布は何か？また、これはユークリッド予想とどのように比較されるか？
• RQ3 SKAは、RLNLS1に見られる低電波放射度と強い変動性によって引き起こされる現在の観測バイアスをどれほど克服できるか？
• RQ4 向上した源統計を用いて、SKAはNLS1におけるジェット駆動と星形成駆動の電波放射を区別できるか？
• RQ5 SKAは、RLNLS1の電波輝度関数と宇宙論的進化の詳細な研究をどのように可能にするか？

主な発見

• SKAは、現在のデータからの外挿と1.4 GHzで0.082 mJy hr⁻¹ᐟ²の感度を考慮して、赤方偏移z = 0.3までに約1,300体の電波発光を持つ狭線セイフェルト1型銀河（RLNLS1）を検出できると予測されている。
• SKAによる検出可能な電波非発光NLS1（RQNLS1）の数は、z = 0.3までに約50,000体と推定されており、統計的分析に利用可能な源の大幅な増加を示している。
• RLNLS1のlog N–log S分布は、ユークリッド予想（β = 1.5）よりも急な勾配（β = 0.68 ± 0.01）を示しており、現在の調査で低放射度源が不足していることを示唆している。
• 予測される新規RLNLS1の数が大きくても、光学放射度が電波放射度と同時に低下しなければ電波発光度が維持されないため、低赤方偏移（z < 0.3）では検出率が制限される可能性がある。
• 高赤方偏移では、現在の施設では検出不能な1 mJy前後の放射度を持つRLNLS1が、SKAによって多数検出可能になる。
• SKAは、RLNLS1のジェット構造の詳細な形態的分析を可能にし、電波輝度関数の明確な解明を可能にし、弱いジェットと星形成の両方が電波放射に与える寄与を明確にする。