[논문 리뷰] 2.5-11 micron spectroscopy and imaging of AGNs: implication for unification schemes

J. Clavel, B. Schulz외 7명|arXiv (Cornell University)|2000. 03. 21.

Cardiac Imaging and Diagnostics인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 57개의 AGN에 대한 ISO 2.5–11 μm 분광 및 영상 측정을 통해 통합 모델을 검증하며, 이 결과로 유형 II AGN은 강한 PAH 발광과 높은 등가폭(최대 7.2 μm)을 보이며 7 μm 연속기이 억제되어 있어 깊은 확산(A_V ≈ 92 ± 37 mag)을 나타내며, 이는 유형 I AGN은 강력한 파wr-법칙 연속기와 약한 PAH 특징을 보임을 확인한다. 결과적으로 유형 II AGN은 고경사각도에서 관측된 은폐된 유형 I 천체임을 확인하며, PAH 발광은 적색화 지표로 기능하고, 토러스 내벽과 반사면은 공간적으로 일치함을 시사한다.

ABSTRACT

We present 2.5-11 micron spectrophotometric & imaging ISO observations of 28 Sf1, 29 Sf2 & 1 normal galaxy. The Sf1 & Sf2 MIR spectra are statistically different: Sf1 have a strong power-law continuum of index -0.84+/-0.24 & weak PAH emission bands. Sf2s have a weak continuum & very strong PAH emission features with EW (equivalent widths) up to 7.2 micron. On the other hand, the Sf1 and Sf2 PAH luminosities do not differ statistically and the 7 micron continuum is ~8 times less luminous in Sf2s than in Sf1s. The PAH emission is unrelated to the nuclear activity & arises in the bulge ISM. PAH EW are thus a sensitive nuclear redenning indicator. These results are consistent with unified schemes & imply that the Sf2 MIR nuclear continuum is, on the average, extinguished by 92+/-37 visual magnitudes whereas it is directly visible in Sf1s. The dispersion in Sf2's PAH EW is consistent with the expected spread in viewing angles. Those Sf2s with PAH EW > 5 micron suffer from > 125 magnitudes of extinction and are invariably weak X-ray sources. Such Sf2s represent the highly inclined objects where our line of sight intercepts the full extent of the torus. About 1/3rd of the Sf2s have PAH EW <= 2 micron, in the range of Sf1s. Among them, those which have been observed in spectropolarimetry or IR spectroscopy invariably display "hidden" broad lines. As proposed by Heisler et al (1997), such Sf2s are most likely seen at grazing incidence such that one has a direct view of both the "reflecting screen" and the torus inner wall emitting the MIR continuum. Our observations thus constrain the screen & the torus inner wall to be spatially co-located. Finally, the 9.7 micron Silicate feature appears weakly in emission in Sf1s, implying that the torus vertical thickness cannot significantly exceed E+24 cm-2

연구 동기 및 목표

• 중간 적외선(MIR) 특성의 비교를 통해 AGN의 통합 모델을 검증하기.
• Sf1과 Sf2 AGN 간 MIR 스펙트럼의 관측된 차이가 먼지 토러스에 의한 경향 기반 은폐와 일치하는지 확인하기.
• 은폐된 AGN에서 다환화합물(PAH) 발광이 핵 연속기의 적색화 지표로 기능하는지 평가하기.
• 스펙트로폴라리메트리와 적외선 분광법을 활용하여 Sf2 AGN에서 토러스 내벽과 반사면 간의 공간적 관계를 조사하기.

제안 방법

• 저해상도 분광광도측정 및 영상 측정은 인프라레드 우주관측소(ISO) 위성의 ISOPHOT-S 분광계와 ISOCAM 카메라를 사용하여 수행됨.
• 표본은 57개의 AGN(유형 I 28개, 유형 II 29개)과 하나의 비활성 SB 은하로 구성되며, 적성수는 0.016에서 0.083 사이임.
• 3.3, 6.2, 7.7, 8.6 μm에서의 PAH 등가폭을 측정하여 확산 및 항성 형성 관련 발광을 평가함.
• Sf1과 Sf2 AGN 간 7 μm 연속기 빛의 강도를 비교하여 핵 연속기의 은폐 정도를 정량화함.
• 스펙트로폴라리메트리와 적외선 분광법을 활용하여 PAH 등가폭이 낮은 Sf2 AGN에서 '숨겨진' 넓은선 영역을 탐지함.
• PAH 등가폭에서 유도된 확산는 높은 등가폭이 낮은 확산를 의미하는 관계를 사용하여, N_H 추정치에서 A_V를 유도함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 유형 I와 유형 II AGN은 통합 모델에 부합하는 통계적으로 다른 중간 적외선 스펙트럼 에너지 분포를 보이는가?
• RQ2 AGN에서의 PAH 발광은 주로 부두의 항성 형성에 의해 주도되는가, 그리고 핵 연속기의 적색화 지표로 기능할 수 있는가?
• RQ3 왜 일부 유형 II AGN은 강한 PAH 발광과 높은 등가폭(최대 7.2 μm)을 보이며, 다른 일부는 유형 I AGN과 유사하게 약한 PAH 특징을 보이는가?
• RQ4 PAH 등가폭 ≥5 μm인 Sf2 AGN은 실제로 X선을 포함한 모든 파장에서 은폐되어 있는가, 그리고 컴프턴 두꺼운 흡수의 징후를 보이는가?
• RQ5 '숨겨진' 넓은선 영역이 있는 Sf2 AGN에서 반사면(산란 빛의 원인)은 토러스 내벽과 공간적으로 일치하는가?

주요 결과

• Sf2 AGN의 평균 7 μm 연속기 빛의 강도는 Sf1 AGN보다 약 8배 낮아 핵 소스의 심각한 은폐를 나타냄.
• Sf1 AGN은 평균 스펙트럼 기울기 α = -0.84 ± 0.24를 보이며 파워-법칙 연속기를 나타내지만, Sf2 AGN은 약한 연속기와 강한 PAH 발광 밴드를 보이며 등가폭이 최대 7.2 μm에 이르게 됨.
• Sf1에서 7.7 μm PAH 등가폭의 평균은 0.53 ± 0.47 μm, Sf2에서는 2.86 ± 1.95 μm이며, 분포에 통계적으로 유의미한 차이가 있음.
• PAH 등가폭 > 5 μm인 Sf2 AGN은 정상 은하와 구별되지 않으며, MIR 핵 연속기의 완전한 은폐(A_V > 125 mag)를 나타내며 항상 약한 X선 소스임.
• PAH 등가폭 ≤ 2 μm인 Sf2 AGN 중에서 스펙트로폴라리메트리가 수행된 4개 모두에서 '숨겨진' 넓은선 영역을 확인하였으며, 이는 토러스와 반사면이 직접 보이는 경사각에서 관측된 것을 확인함.
• Sf1에서 실리케이트 9.7 μm 특징은 약한 발광(등가폭 = 0.25 ± 0.01 μm)을 보이며, N_H ≈ 10^23–10^24 cm⁻²와 일치하는 토러스의 수직 투과도를 시사하여 극도로 두꺼운 토러스를 배제함.