[論文レビュー] VLA Detection of RRLs from the radio nucleus of NGC 253 : Ionization by a weak AGN, an obscured SSC or a compact SNR ?

Niruj R. Mohan, K. R. Anantharamaiah+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 3, 2002

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 1被引用数 23

ひとこと要約

本研究では、高分解能VLA観測を用いて、NGC 253の解像度の限界に達した電波核から8.3および15 GHzの広帯域電波再結合線（RRL）を検出した。これにより、密度が約10⁴ cm⁻³、質量が数え千太陽質量程度のイオン化ガスが特定された。必要なイオン化放射率（約6–20×10⁵¹ 光子 s⁻¹）は、標準的な薄い降着円盤では説明できないが、内側にADAF（吸収支配降着流）、外側に薄い円盤を持つハイブリッド降着円盤を持つ弱いAGNによって最もよく説明される。これは、銀河系外で初めての潜在的RRL検出とされる。

ABSTRACT

We have imaged the H92alpha and H75alpha radio recombination line (RRL) emissions from the starburst galaxy NGC 253 with a resolution of ~4 pc. The peak of the RRL emission at both frequencies coincides with the unresolved radio nucleus. Both lines observed towards the nucleus are extremely wide, with FWHM of ~200 km /s. Modeling the RRL and radio continuum data for the radio nucleus shows that the lines arise in gas whose density is ~10^4 \cc and mass is few thousand Msun, which requires an ionizing flux of (6-20)x10^{51} photons /s. We consider a SNR expanding in a dense medium, a star cluster and also an AGN as potential ionizing sources. Based on dynamical arguments, we rule out an SNR as a viable ionizing source. A star cluster model was considered and the dynamics of the ionized gas in a stellar-wind driven structure was investigated. Such a model is consistent with the properties of the ionized gas only for a cluster younger than ~10^5 years. The existence of such a young cluster at the nucleus seems improbable. The third model assumes the ionizing source to be an AGN at the nucleus. In this model, it was shown that the observed X-ray flux is too weak to account for the required ionizing photon flux. However, the ionization requirement can be explained if the accretion disk is assumed to have a Big Blue Bump in its spectrum. Hence, we favor an AGN at the nucleus as the source responsible for ionizing the observed RRLs. A hybrid model consisting of a inner ADAF disk and an outer thin disk is suggested, which could explain the radio, UV and the X-ray luminosities of the nucleus.

研究の動機と目的

• 高分解能VLA画像を用いて、NGC 253の電波核にピークする広帯域電波再結合線（RRL）放射の起源を特定すること。
• イオン化源がコンパクトな超新星残骸（SNR）、若い星団、または弱い活動銀河核（AGN）のいずれであるかを特定すること。
• RRLおよび電波連続体データを用いて、イオン化ガスの物理的状態（密度、質量、イオン化放射率）をモデル化すること。
• SNR、星風駆動型星団、AGNモデルが観測されたRRL線幅および放射率をどの程度説明できるかを検証すること。
• 電波、UV、X線の全波長放射度を同時に説明できる統一された降着円盤モデルを提唱すること。

提案手法

• 8.3 GHz（H92α）および15 GHz（H75α）で、Aアンビリティを用いた高分解能（0.35″ × 0.22″）VLA観測を実施し、RRLおよび連続体放射を画像化した。
• AIPSソフトウェアを用いてデータの簡略化処理を実施し、チャネル Visibilityにおけるギブスノイズを低減するためにハニングスムージングを適用した。
• ラインデータキューブを作成し、共通の分解能に畳み込むことで、RRLと連続体放射の共同解析を可能にした。
• 一様密度で光電離されたガス領域を仮定し、イオン化構造と光学厚さ効果を考慮したモデル化を実施した。
• 動的モデルを適用し、超新星残骸（SNR）および星風駆動型星団がイオン化源として妥当かどうかを評価した。
• 内側にADAF（吸収支配降着流）、外側に薄い円盤を持つハイブリッド降着円盤モデルを提唱し、多波長放射度を説明した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 253の電波核に検出された広帯域（FWHM ≒ 200 km s⁻¹）電波再結合線の起源は何か？
• RQ2 コンパクトな超新星残骸（SNR）は、観測されたRRL特性および必要なイオン化放射率を説明できるか？
• RQ3 若年齢星団（〜10⁵年未塔）は、核内に観測されたイオン化ガスのイオン化源として妥当か？
• RQ4 観測されたX線放射度だけでは、必要なイオン化光子放出率（約6–20×10⁵¹ 光子 s⁻¹）を説明できるか？
• RQ5 内側にADAF、外側に薄い円盤を持つハイブリッド降着円盤モデルは、電波、UV、X線の放射度を同時に説明できるか？

主な発見

• H92αおよびH75αのRRL放射は、正確に解像度の限界に達した電波核にピークしており、FWHMの線幅が約200 km s⁻¹である。これは、高密度でコンパクトなイオン化領域を示している。
• イオン化ガスの密度は約10⁴ cm⁻³、質量は数え千太陽質量程度であり、これに必要なイオン化光子放出率は6–20×10⁵¹ 光子 s⁻¹である。
• 動的制約により、コンパクトなSNRモデルは除外された。このような残骸では、観測された線幅および密度分布を再現できない。
• 若い星団モデルでは、星団が約2.5×10⁴年未満の年齢でなければならないが、これほど若年な星団は、光学的／赤外線的特徴が欠落していることから、極めて不自然とされる。
• 観測されたX線放射度は、必要なイオン化放射率を説明するには低すぎるため、標準的な薄い円盤モデルによるAGN説明は排除された。
• 内側にADAF、外側に薄い円盤を持つハイブリッド降着円盤モデルが、多波長データを最もよく説明しており、核には弱いAGNが存在し、外側円盤に「ビッグブルーブラムプ」が存在すると示唆される。