[논문 리뷰] Hot-Dust-Poor Type 1 AGNs in the COSMOS Survey

Heng Hao, M. Elvis외 14명|arXiv (Cornell University)|2010. 09. 16.

Astrophysical Phenomena and Observations인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 XMM-COSMOS 설문 조사에서 근적외선(1–3 μm) 방출이 비정상적으로 약한 유형 1 AGN의 집단을 특정하여, 뜨거운-dust가 부족한 환경을 시사한다. 이러한 AGN의 비율은 z < 2에서 6%에서 2 < z < 3.5에서 20%로 증가하며, 통합 모델 예측보다 훨씬 낮은 토러스 커버링 인자(2%–29%)를 시사하고, 표준 내부 디스크 반경을 초월한 확장된 적층 디스크 방출을 암시한다.

ABSTRACT

We report a sizable class of type 1 active galactic nuclei (AGNs) with unusually weak near-infrared (1-3{\mu}m) emission in the XMM-COSMOS type 1 AGN sample. The fraction of these hot-dust-poor AGNs increases with redshift from 6% at lowredshift (z < 2) to 20% at moderate high redshift (2 < z < 3.5). There is no clear trend of the fraction with other parameters: bolometric luminosity, Eddington ratio, black hole mass, and X-ray luminosity. The 3{\mu}m emission relative to the 1{\mu}m emission is a factor of 2-4 smaller than the typical Elvis et al. AGN spectral energy distribution (SED), which indicates a torus covering factor of 2%-29%, a factor of 3-40 smaller than required by unified models. The weak hot dust emission seems to expose an extension of the accretion disk continuum in some of the source SEDs. We estimate the outer edge of their accretion disks to lie at $(0.3-2.0) /times 10^4$ Schwarzschild radii, ~10-23 times the gravitational stability radii. Formation scenarios for these sources are discussed.

연구 동기 및 목표

• XMM-COSMOS 설문 조사에서 근적외선(1–3 μm) 방출이 비정상적으로 약한 유형 1 AGN의 퍼근성과 특성을 조사하기 위해.
• 관측된 뜨거운 먼지 방출이 통합 AGN 모델에서 예측하는 것보다 낮은 토러스 커버링 인자를 나타내는지 확인하기 위해.
• 약한 먼지 방출이 적층 디스크 구조와 적층 디스크 외곽에 미치는 영향을 탐색하기 위해.
• 적색도, 볼로메트릭 빛의 세기, 에딩턴 비율, 블랙홀 질량, X선 빛의 세기 등에 따른 뜨거운-dust가 부족한 비율의 의존성을 평가하기 위해.
• 이러한 AGN이 노출된 디스크 연속 방출과 낮은 먼지 차폐를 보이는 데에 기여하는 가능한 형성 메커니즘을 평가하기 위해.

제안 방법

• XMM-COSMOS 샘플의 유형 1 AGN에 대한 근적외선 스펙트럼 에너지 분포(SED) 분석을 통해 1–3 μm 복사비에 중점을 두었다.
• 관측된 SED를 표준 템플릿인 Elvis 등 AGN SED와 비교하여, 표준 템플릿 대비 뜨거운 먼지 방출의 편차를 정량화하였다.
• 기본 SED를 기준으로 삼아 3 μm 대비 1 μm 방출 비율을 사용하여 토러스 커버링 인자를 추정하였다.
• 적색도에 따라 샘플을 분할(binning, z < 2 및 2 < z < 3.5)하여, 뜨거운-dust가 부족한 AGN 비율의 진화를 평가하였다.
• 관측된 SED 형상과 적층 디스크 연속 방출의 외삽을 통해, 슈바르츠실트 반경 단위의 외부 디스크 반경을 계산하였다.
• 경험적 스케일링 관계를 사용하여 중력적 안정성 반경을 추정하고, 유추된 외부 디스크 반경과 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 XMM-COSMOS 설문 조사에서 근적외선(1–3 μm) 방출이 비정상적으로 약한 유형 1 AGN의 비율은 얼마이며, 이 비율은 적색도에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 관측된 3 μm 대비 1 μm 복사비는 Elvis 등 AGN SED에서 얼마나 벗어나며, 이는 토러스 커버링 인자에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ3 유추된 낮은 커버링 인자를 감안할 때, 뜨거운-dust가 부족한 AGN은 통합 모델과 일치하는가?
• RQ4 관측된 SED는 표준 내부 디스크 반경을 초월한 확장된 적층 디스크 연속 방출로 설명될 수 있는가?
• RQ5 이러한 뜨거운-dust가 부족한 AGN의 적층 디스크 외부 반경은 추정되는 바는 얼마이며, 중력적 안정성 반경과 비교해 보면 어떠한가?

주요 결과

• 뜨거운-dust가 부족한 유형 1 AGN의 비율은 z < 2에서 6%에서 2 < z < 3.5에서 20%로 증가하여, 먼지 차폐의 적색도 의존적 진화를 시사한다.
• 이 AGN에서 3 μm 대비 1 μm 복사비는 Elvis 등 AGN SED보다 2–4배 낮아, 토러스 커버링 인자가 2%–29%임을 암시하며, 통합 모델에서 일반적으로 가정하는 100%보다 훨씬 낮다.
• 약한 뜨거운 먼지 방출은 적층 디스크 연속 방출이 표준 내부 디스크 반경을 초월해 확장되어 있을 수 있음을 시사하며, 외곽은 (0.3–2.0) × 10⁴ 슈바르츠실트 반경으로 추정된다.
• 유추된 외부 디스크 반경은 중력적 안정성 반경의 10–23배에 해당하여, 열적 불안정성이 기대되는 영역으로 디스크가 연장되어 있을 수 있음을 나타낸다.
• 뜨거운-dust가 부족한 비율과 볼로메트릭 빛의 세기, 에딩턴 비율, 블랙홀 질량, X선 빛의 세기 사이에 유의미한 상관관계는 발견되지 않아, 적색도가 주요 추진력임을 시사한다.
• 일부 소스의 관측된 SED는 노출된 디스크 방출의 증거를 보이며, 먼지 차폐가 균일하지 않거나 특정 AGN에서 흐린 또는 부재일 수 있음을 지지한다.