[논문 리뷰] A panchromatic review of thermal and nonthermal active galactic nuclei

Robert Antonucci|arXiv (Cornell University)|2012. 10. 10.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 133인용 수 16

한 줄 요약

이 논문은 열과 비열성 활성은하핵(AGN)에 대한 종합적인 다파장 리뷰를 제시하며, 넓은 발산선이나 큰 파랑 빛의 피크(Big Blue Bump)가 없는 것으로 주장되는 '진정한 세이퍼트 2형'에 대한 많은 주장이 잘못된 방법론에 기반하고 있다고 주장한다. 이 논문은 대부분의 라디오 강한 AGN 중에서 약한 광학 방출을 보이는 체계는 비열성으로, 제트의 운동에너지에 의해 구동된다고 결론 내리며, 높은 빛의 세기를 가진 라디오 은하만 숨겨진 쿼asar을 가진 열성 방출을 가진다고 밝힌다. 이는 다파장 분석과 편광 데이터를 통해 오랫동안 끊어진 논쟁을 해결한다.

ABSTRACT

The first short part of this review is a general, but very detailed, critique of the literature advocating a class of Seyfert galaxies intrinsically lacking broad emission lines. My conclusion is that there is little or no evidence for such objects. Panchromatic properties of all types of radio loud AGN are then reviewed in detail. Radio galaxies usually show subparsec-scale radio core sources, jets, and a pair of giant radio lobes. The optical spectra sometimes show only relatively weak lines of low-ionization ionic species, and no clear nuclear continuum in the optical or UV region of the spectrum. Some show strong high-ionization narrow lines. Finally, a few radio galaxies add broad bases onto the permitted lines. These spectral categories are the same as those for radio-quiet AGN and quasars. By the 1980s, data from optical polarization and statistics of the radio properties required that many narrow line radio galaxies do in fact produce strong optical/UV continuum. This continuum and the broad line emission are hidden from the line of sight by dusty, roughly toroidal gas distributions, but they are seen in polarized flux. The radio galaxies with hidden quasars are referred to as "thermal." Do all radio galaxies harbor hidden quasars? We now know the answer using the radio, infrared, optical and X-ray properties. Near the top of the radio luminosity function, for FRII, GPS, and CSS galaxies, the answer is yes. At somewhat lower luminosities, many do not. At the lowest radio luminosities, most do not. Instead these "nonthermal" weakly-accreting galaxies manifest their energetic output only as kinetic energy in the form of synchrotron jets. This applies to all types of radio galaxies, big FR II doubles, as well as the small young GPS and CSS sources. Only a few FR I sources are of the thermal type.

연구 동기 및 목표

• 진정한 세이퍼트 2형으로 주장되는, 본질적으로 넓은 발산선과 빅 블루 번프(Big Blue Bump)가 없는 세이퍼트 은하에 대한 과학적 근거를 비판적으로 평가하는 것.
• 라디오, 적외선, 광학, X선 대역에서의 다파장 데이터를 통합하여, 좁은 선 라디오 은하가 숨겨진 쿼사르를 포함하고 있는지 여부에 대한 오랫동안 끊어진 논쟁을 해결하는 것.
• 특히 FRII, GPS, CSS 소스에서의 빛의 세기와 구조적 특성에 기반하여 열성(적축에 의해 구동됨)과 비열성(제트에 의해 구동됨) AGN를 구분하는 것.
• 저광도 라디오 은하에서 감지 가능한 열성 방출이 없는 것이 은폐 때문이 아니라 본질적인 적축의 부족 때문임을 증명하며, 편광 및 스펙트럼 에너지 분포(SED) 분 析을 지원하는 것.
• 숨겨진 AGN 존재를 증명하는 데서 벗어나, 특히 제트 물리학과 피드백 메커니즘과 관련하여 열성과 비열성 상태 사이의 물리적 차이를 연구하는 데로 초점을 옮기자고 주장하는 것.

제안 방법

• 광학적 선의 너비, 상한선, 산란 메커니즘에 대한 가정에 중점을 두어, '진정한 세이퍼트 2형' 존재를 주장하는 문헌에 대한 세부적인 비판을 수행하는 것.
• 라디오, 적외선, 광학, X선 대역에서 라디오 강한 AGN의 다파장 SED(spectral energy distributions)를 분석하여 열성과 비열성 성분을 비교하는 것.
• 스펙트로편광법을 사용하여 라디오 은하에서 숨겨진 넓은 선 영역을 탐지하고, 먼지 토루에 의해 직접 시야가 차단되었을 때도 편광된 복사량을 통해 은폐된 쿼사르의 존재를 확인하는 것.
• 적외선 칼로리미터 기법을 적용하여 은폐된 AGN의 재방출된 열성 방출을 탐지하고, 특히 FRII 및 밀도가 높은 소스에서 숨겨진 적축 디스크의 존재를 추론하는 것.
• 라디오 빛의 세기와 열성 방출의 존재 사이의 상관관계를 분석하여, 높은 빛의 세기의 소스들(FRII, GPS, CSS)만 숨겨진 쿼사르를 가진다고 보여주는 것.
• 라디오 특성과 X선 변동성의 통계 분석을 통해, 낮은 X선 열두께나 약한 방출선이 청명한 시야를 의미하는지, 아니면 본질적인 열성 방출의 부족을 의미하는지 테스트하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 주장된 '진정한 세이퍼트 2형'이 넓은 발산선이나 빅 블루 번프가 없는 것이 강력한 관측적 증거에 기반한 것인지, 아니면 잘못된 방법론의 산물인지?
• RQ2 편광 관측이 좁은 선 라디오 은하에서 숨겨진 넓은 선 영역을 신뢰성 있게 드러내는 데 얼마나 유용한가? 이러한 해석에 기반하는 가정은 무엇인가?
• RQ3 라디오 빛의 세기와 라디오 은하에서 열성(적축에 의해 구동됨)과 비열성(제트에 의해 구동됨) 방출의 존재 사이의 관계는 어떠한가?
• RQ4 많은 저광도 라디오 은하가 강력한 라디오 제트를 가지고 있음에도 불구하고 감지 가능한 열성 방출이 없는 이유는 무엇이며, 이는 본질적인 적축 부족 때문인지 은폐 때문인가?
• RQ5 특히 제트 발사, 빔의 뭉치기, X선 반사 특징 측면에서, 열성과 비열성 AGN의 물리적 구조와 피드백 메커니즘은 어떻게 다를까?

주요 결과

• 넓은 발산선이나 빅 블루 번프가 없는 것으로 주장되는 '진정한 세이퍼트 2형'에 대한 주장들은 대부분 근거가 없으며, 상한선, 편광 메커니즘, 선 너비 의존성에 대한 잘못된 가정에 기반하고 있다.
• 숨겨진 쿼사르를 가진 열성 방출을 가진 것은 오직 높은 빛의 세기의 라디오 은하—특히 FRII, GPS, CSS 소스—뿐이며, 이는 스펙트로편광법과 적외선 칼로리미터를 통해 확인되었다.
• 저광도 라디오 빛의 세기에서는 대부분의 라디오 은하가 비열성으로, 에너지 출력이 싱크로트론 제트의 운동에너지에 국한되어 있으며, 감지 가능한 열성 연속스펙트럼이나 넓은 선이 없음을 보여준다.
• 열성 라디오 은하의 비율은 라디오 빛의 세기 함수의 상단 이하에서 크게 감소하여, 저적축률에서 AGN 엔진 행동의 근본적인 전환을 시사한다.
• 스펙트로편광법에 의하면 많은 좁은 선 라디오 은하에 숨겨진 넓은 선 영역이 존재하지만, 그 탐지 가능성은 유리한 기하학적 배치와 신호 대 잡음비에 따라 달라지므로 관측의 운에 좌우되는 경우가 많다.
• 적외선 칼로리미터와 X선 반사 서명은 저광도 라디오 은하에서 열성 방출이 부재함을 강력히 뒷받침하며, 이는 그들의 방출이 비열성 과정에 의해 지배된다는 것을 확인한다.