[논문 리뷰] Dust in active nuclei. II. Powder or gravel?

R. Maiolino, A. Marconi외 1명|ArXiv.org|2000. 10. 03.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 57인용 수 123

한 줄 요약

이 논문은 활성은하핵(AGNs)의 원핵 영역에서의-dust는 고밀도 환경에서의 응집을 통해 형성된 큰 입자들로 구성되어 있으며, 이는 관측된 비정상적인 흡수 특성—예를 들어 E_B-V/N_H 및 A_V/N_H 비율 감소, Sy2에서 9.7 μm 실리케이트 흡수 피크의 부재, 홍조된 Sy1에서 2175Å 탄소 극대의 부재—을 설명한다. 큰 입자 모델은 표준 은하계 먼지 모델보다 관측 제약 조건을 더 잘 만족시키는 더 평탄하고 특징이 없는 흡수 곡선을 생성한다.

ABSTRACT

In a companion paper, Maiolino et al. (2000) presented various observational evidences for "anomalous" dust properties in the circumnuclear region of AGNs and, in particular, the reduced E(B-V)/N_H and Av/N_H ratios, the absence of the silicate absorption feature in mid-IR spectra of Sy2s and the absence of the carbon dip in UV spectra of reddened Sy1s. In this paper we discuss various explanations for these facts. The observational constraints favor a scenario where coagulation, catalyzed by the high densities in the circumnuclear region, yields to the formation of large grains. The resulting extinction curve is featureless, flatter than Galactic and the E(B-V)/N_H and Av/N_H ratios are significantly reduced. These results should warn about an unappropriate use of the standard Galactic extinction curve and Av/N_H ratio when dealing with the extreme gas conditions typical of the circumnuclear clouds of AGNs. We also investigated alternative scenarios for the observed anomalous properties of dust in AGNs. Some of these scenarios might explain some of the observed properties for a few objects, but they generally fail to account for all of the observational constraints obtained for the large sample of AGNs studied in these works.

연구 동기 및 목표

• AGNs에서 관측된 비정상적인 먼지 특성—예를 들어 E_B-V/N_H 및 A_V/N_H 비율 감소, Sy2에서 실리케이트 흡수의 부재, 홍조된 Sy1에서 2175Å 탄소 극대의 부재—을 설명하기 위해.
• AGN 원핵 영역의 극한 조건에 은하계 흡수 법칙이 적용된다는 가정을 도전하기 위해.
• 높은 금속성, 산란 기하학, 낮은 먼지-가스 비율 등의 대안적 설명이 모든 관측 제약 조건을 동시에 설명할 수 있는지 평가하기 위해.
• 고밀도 환경에서의 먼지 응집이 자연스럽게 더 평탄하고 특징이 없는 흡수 곡선을 생성함을 보여주기 위해.
• 특히 은폐된 천체와 산란 모델에 대해 표준 은하계 흡수 곡선을 사용하는 것에 대한 경고를 제기하기 위해.

제안 방법

• 고밀도 환경에서의 응집을 통해 형성된 큰 입자로 구성된 입자 크기 분포를 가정하여 흡수 곡선을 모델링한다.
• 20개의 AGNs 샘플에서 X선 및 광학 데이터로부터 관측된 E_B-V/N_H 및 A_V/N_H 비율과 이론적 흡수 곡선을 비교한다.
• Sy2의 중간 적외선 스펙트럼을 분석하여 9.7 μm 실리케이트 흡수 피크의 강도와 존재 여부를 평가한다.
• 홍조된 Sy1의 자외선 스펙트럼을 분석하여 2175Å 탄소 극대의 존재 또는 부재 여부를 확인함으로써 작은 입자 감소를 추적한다.
• 높은 금속성, 산란 기하학, BLR 크기 효과, 낮은 먼지-가스 비율 등의 대안적 시나리오를 정량적 제약 조건을 사용하여 시험한다.
• Cloudy 코드를 사용하여 이온화 기체와 먼지의 영향을 시뮬레이션하여 관측된 발광선 강도와 열량 밀도와의 일관성을 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고광도 Seyfert 2에서 특히, AGNs의 E_B-V/N_H 비율이 은하계 표준 값보다 현저히 낮은 이유는 무엇인가?
• RQ2 강한 PAH 발광이 높은 먼지 열량 밀도를 시사하는 바에도 불구하고, Seyfert 2 은하의 평균 중간 적외선 스펙트럼에서 9.7 μm 실리케이트 흡수 피크가 부재인 이유는 무엇인가?
• RQ3 홍조된 유형 1 AGNs의 자외선 스펙트럼에서 2175Å 탄소 극대가 없는 이유는 작은 먼지 입자가 감소했음을 시사하는가?
• RQ4 높은 금속성, 산란 기하학, 또는 낮은 먼지-가스 비율 등의 대안적 설명이 모든 관측된 비정상성 현상을 동시에 설명할 수 있는가?
• RQ5 큰 입자로 구성된 먼지 입자 분포는 AGNs에서 흡수 곡선의 형태와 산란 성질에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• E_B-V/N_H 비율 감소—은하계 표준보다 3배에서 100배까지 낮은 수준—는 고밀도 환경에서 응집을 통해 형성된 큰 입자로 구성된 먼지 입자 크기 분포에 의해 설명될 수 있다.
• Sy2에서 9.7 μm 실리케이트 흡수 피크의 부재는 작은 입자가 부족하기 때문에 자연스럽게 설명되며, 큰 입자는 특징이 없는 흡수 곡선을 생성한다.
• 홍조된 Sy1의 자외선 스펙트럼에서 2175Å 탄소 극대의 부재는 작은 먼지 입자가 현저히 감소했음을 시사하며, 이는 큰 입자로 구성된 매질과 일치한다.
• 큰 입자 모델은 표준 은하계 먼지 모델보다 모든 관측 제약 조건을 더 잘 만족시키는 더 평탄하고 특징이 없는 흡수 곡선을 생성한다.
• 고밀도 원핵 영역에서의 응집은 큰 입자를 형성하는 가장 타당한 물리적 메커니즘이며, 이러한 환경에서는 자연스럽게 기대할 수 있다.
• 큰 입자의 산란 효율은 은하계 먼지보다 약 2배에서 100배 이상 감소하므로, 이전에는 전자 산란으로 기인된 것으로 여겨졌던 일부 GRAY 반사 스펙트럼은 실제로 큰 입자 산란에 기인할 수 있다.