[論文レビュー] Water masers in Compton-thick AGN I. Detailed study of the new water megamaser in IRAS15480-0344

P. Castangia, A. Tarchi+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 13, 2016

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 49被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、Compton厚いS0銀河IRAS15480-0344における新しい22 GHz水メーサーの最初の詳細な分析を提示する。単一電波望遠鏡およびVLBI観測による多エポック観測で検出された。メーサーは、広帯域成分（FWHM ~90 km s⁻¹）と狭帯域成分（FWHM <1 km s⁻¹）を示し、狭帯域特徴は核放射連続体と空間的に一致するが、コンパクトな電波核とは関連しない。これは、狭帯域成分がジェット／流れ由来であり、広帯域成分がジェット・クラウド相互作用由来である可能性を示唆する。

ABSTRACT

A relationship between the water maser detection rate and large nuclear column densities in AGN has often been cited in the literature. Indeed, detailed studies of luminous water masers, typically associated with the nuclear activity, allow us to investigate the innermost regions of AGN, with an impact on the still debated Unified Model for this class of objects.We have recently entertained a search for maser emission in a well-defined sample of Compton-thick AGN aimed at investigating, on firm statistical bases, the aforementioned relationship. While the survey is still ongoing, and is matter of a forthcoming publication, a new luminous water maser has been detected in the lenticular (field) S0 galaxy IRAS15480-0344, whose origin, associated with an accretion disc or a nuclear outflow/jet, needs to be assessed. Multi-epoch single-dish observations and VLBI measurements were performed to investigate the distribution, spatial extension, and variability of the maser emission in order to infer the main characteristics of the water megamaser. The new detection in IRAS15480-0344 is reported: a megamaser with a total single-dish isotropic luminosity of ~200 Lsun and a profile composed of two main features, a broad line with a full width to half maximum (FWHM) linewidth of ~90 km/s and a narrow (FWHM&lt;1 km/s) one. We performed a follow-up to the detection with the Very Long Baseline Array (VLBA) and confidently detected only the narrow component, which is coincident with the nuclear radio continuum emission detected with the Very Large Array at 8.4 GHz. A weak narrow feature has also been detected in the velocity range of the broad feature and is located 15 pc to the north-west with respect to the stronger component. Neither maser spot is associated with the compact radio continuum sources derived from the same VLBA dataset. [Abridged]

研究の動機と目的

• Compton厚いAGNにおける水メーサー検出と高い核的ガス密度の関係を調査すること。
• S0銀河IRAS15480-0344に新たに検出された明るい水メーサーの起源を特定すること。
• 多エポック単一電波望遠鏡およびVLBI観測を用いて、メーサー放射の運動学的特性と空間的分布を制約すること。
• メーサー放射が降着円盤、核的流れ、またはジェット・クラウド相互作用由来であるかどうかを評価すること。
• S0銀河における核的流れが、低ガス含量にもかかわらずメーサー作用を促進する役割を果たすかを評価すること。

提案手法

• Green・バンク望遠鏡（GBT）を用いた多エポック単一電波望遠鏡観測を実施し、メーサー放射のスペクトルプロファイルおよび変動をモニタリングした。
• 非常に長基線干渉計（VLBA）を用いた干渉観測を実施し、メーサー斑点の空間的分布および正確な位置を特定した。
• 単一電波望遠鏡のスペクトルを分析し、2つの主要な特徴を同定した：システム的速度に近い狭帯域線と、ブルーシフトした広帯域線。
• Very Large Array（VLA）の8.4 GHz核的電波連続体放射とマッピングされたメーサー位置を照合し、空間的関連性を評価した。
• メーサー線幅および速度変動を用いて、動力学的状態および潜在的な物理的起源を推定した。
• 15 pcの半径と110 km s⁻¹の回転速度を仮定したケプラーモデルを用いて、広帯域成分の束縛質量を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IRAS15480-0344で検出された広帯域および狭帯域の水メーサー成分の起源は何か？
• RQ2 メーサー放射は降着円盤、核的流れ、またはジェット・クラウド相互作用由来であるか？
• RQ3 メーサー斑点の空間的分布は、核的電波連続体およびコンパクト電波源とどのように関連しているか？
• RQ4 メーサー線の運動学的特性は、AGNの内部領域における物理的状態を制約できるか？
• RQ5 S0銀河は通常ガス含量が低いにもかかわらず、なぜメーサー検出率が無視できないほど高いのか？

主な発見

• 130 Mpcの距離に位置するCompton厚いS0銀河IRAS15480-0344で、等方的放射光度が~200 L⊙の明るい水メーサーが検出された。
• 単一電波望遠鏡スペクトルから2つの主要な特徴が同定された：システム的速度に近い狭帯域成分（FWHM <1 km s⁻¹）と、システム的速度からブルーシフトした広帯域成分（FWHM ~90 km s⁻¹）。
• VLBI観測では、狭帯域メーサー成分のみが検出され、核の8.4 GHz電波連続体放射と空間的に一致したが、コンパクトな電波核とは一致しなかった。
• 主な狭帯域成分から15 pcノース・ウェストに弱い狭帯域特徴が検出されたが、それに伴うコンパクト電波源は観測されなかった。
• 広帯域成分の大きな線幅および強いスペクトル変動は、ジェット・クラウド相互作用由来である可能性を示唆する。一方、狭帯域成分の低速度分散は、流れ由来である可能性を支持する。
• ケプラーモデルにより、広帯域成分の束縛質量は~5×10⁷ M⊙と推定された。これは降着円盤メーサー研究から得られるブラックホール質量と整合的であるが、円盤由来である可能性は完全には除外できない。