[논문 리뷰] Attenuation from the optical to the extreme ultraviolet by dust associated with broad absorption line quasars: the driving force for outflows

C. M. Gaskell, Jake J. M. Gill외 1명|arXiv (Cornell University)|2016. 11. 11.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 광학에서 극단자외선(EUV)에 이르는 폭넓은 흡수선을 가진 활성은하핵(Quasars, BALQSOs)에서 처음으로 먼지의 감쇠 곡선을 유도하였으며, EUV에서 최고조에 도달하는 급격한 SMC 유사 곡선을 발견하였다. EUV 영역에서 광학적 깊이가 최적일 때 먼지에 의한 복사 가속이 발생하여 고속의 기체 분출이 일어나며, LoBALs에서는 산란된 빛이 증가하여 관측된 곡선이 왜곡됨을 설명한다.

ABSTRACT

We derive a mean attenuation curve out to the rest-frame extreme ultraviolet (EUV) for 'BAL dust' - the dust causing the additional extinction of active galactic nuclei (AGNs) with broad absorption lines (BALQSOs). In contrast to the normal, relatively flat, mean AGN attenuation curve, BAL dust is well fit by a steeply rising, SMC-like curve. We confirm the shape of the theoretical Weingartner & Draine SMC curve out to 700 Angstroms but the drop in attenuation at still shorter wavelengths is less than predicted. The similar SMC-like attenuation curve for low-ionization BALQSOs (LoBALs) does not support the idea that they are an early phase in the life of an AGN when it is breaking out of a cocoon of star-forming dust. Although the attenuation is only E(B - V) ~ 0.03 - 0.05 in the optical, it rises to one magnitude in the EUV, which is an optimum value for radiative acceleration of dusty gas. Because the spectral energy distribution of AGNs peaks in the EUV, the force on the dust dominates the acceleration of BAL gas. Although the shape of the attenuation curve for LoBALs is similar to the shape for HiBALs, the LoBALs on average show negative attenuation in the optical. This is naturally explained if there is more light scattered into our line of sight in LoBALs compared with non-BALQSOs. We suggest that this and partial covering are causes when attenuation curves appear to be steeper in the UV than an SMC curve.

연구 동기 및 목표

• 광학에서 극단자외선(EUV) 파장에 이르기까지 BALQSOs의 먼지 감쇠 곡선을 결정하기 위해.
• LoBALs와 HiBALs에서 관측된 적색화가 SMC 유사 흡수 곡선을 가진 먼지 때문인지 테스트하기 위해.
• BALQSOs에서의 급격한 감쇠 곡선이 AGN 진화의 '출구 단계' 모델을 지지하는지 조사하기 위해.
• LoBALs에서 관측된 예상보다 더 급격한 자외선 감쇠 곡선, 특히 광학 영역에서의 음수 E(B-V) 값을 설명하기 위해.
• BALQSOs와 비-BALQSOs 간의 스펙트럼 에너지 분포(Spectral Energy Distribution, SED)의 차이가 먼지 흡수 때문인지, 혹은 내재된 성질 때문인지 명확히 하기 위해.

제안 방법

• 적색편이와 빛의 세기에서 일치하는 137개의 BALQSOs와 137개의 비-BALQSOs에 대해 중간적외선에서 자외선에 이르는 광도 및 스펙트럼 측정을 수행하였다.
• 관측된 복사세기와 내재된 SED 템플릿을 비교하여 평균 감쇠 곡선을 구성하였으며, 고정된 K밴드에서 정규화하였다.
• 감쇠 곡선을 Weingartner & Draine (2001)의 이론적 SMC 흡수 곡선에 맞추어 700 Å까지 관측 데이터와 비교하였다.
• LoBALs에서 산란된 빛과 부분 커버리지 효과를 고려하기 위해 광학 및 자외선 영역에서의 복사세기 오프셋을 모델링하였다.
• 표준 쌍 방법을 사용하여 감쇠 곡선을 유도하였으며, 이는 이전 AGN 연구와의 일관성을 확보하기 위함이었다.
• 먼지 기하학적 구조와 관측 각도를 고려하여, AGN에 적합한 균일한 스크린 모델을 가정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 광학에서 극단자외선에 이르기까지 BALQSOs의 먼지 감쇠 곡선의 형태는 어떠한가?
• RQ2 BALQSOs에서 급격한 감쇠 곡선이 기체 분출을 위한 먼지 기반 복사 가속 메커니즘을 지지하는가?
• RQ3 LoBALs에서 광학 영역에서 음수 E(B-V)가 나타나는 이유는 무엇이며, 산란된 빛과의 관계는 어떠한가?
• RQ4 관측된 자외선 감쇠 곡선이 SMC 곡선보다 더 급격한 이유는 기하학적 요인인지, 내재된 먼지 성질 때문인지?
• RQ5 BALQSOs와 비-BALQSOs 간의 SED 차이가 먼지 흡수만으로 완전히 설명될 수 있는가?

주요 결과

• BAL 먼지의 감쇠 곡선은 광학에서 EUV로 갈수록 급격히 증가하며, Weingartner & Draine (2001)의 이론적 SMC 유사 곡선과 700 Å까지 일치하지만, 더 짧은 파장에서 더 높은 흡수를 보인다.
• BAL 먼지의 광학적 깊이가 EUV 영역에서 최고조에 도달하며, 이는 AGN의 스펙트럼 에너지 분포가 가장 밝은 영역이기 때문에 먼지가 있는 기체의 복사 가속이 가장 효율적임을 의미한다.
• BAL 먼지의 평균 E(B-V)는 광학 영역에서 약 0.03–0.05에 불과하지만, 급격한 곡선으로 인해 EUV 영역에서는 약 1 magnitude로 증가하여 극도로 강한 EUV 흡수를 나타낸다.
• LoBALs와 HiBALs 모두 동일한 SMC 유사 감쇠 곡선을 보이며, 이는 '출구 단계' 모델을 반박한다. 이는 먼지가 일시적인 코코아가 아니라 기체 분출과 관련된 것으로 보인다.
• LoBALs에서는 광학 영역에서 음수 E(B-V)를 보이며, 이는 내재된 차이가 아니라 선로에 산란된 빛이 증가하여 자연스럽게 설명된다.
• 부분 커버리지와 산란된 빛이 자외선 감쇠 곡선이 SMC 곡선보다 더 급격해 보이는 원인일 수 있으며, 이는 이전 연구에서 관측된 모순을 설명한다.