[논문 리뷰] Interpretation of the emission line spectra of Seyfert 2 galaxies by multi-component photoionization models

S. Komossa, Hartmut Schulz|arXiv (Cornell University)|1997. 01. 01.

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한 줄 요약

이 논문은 사이다 2은하계의 협편선영역(NLR)에서 밀도 비균일성을 고려한 다성분 광이온화 모델을 제시하며, UV에서 NIR에 이르는 방출선 스펙트럼을 성공적으로 재현한다. 이는 난이도 높은 이온화 상태와 [SIII]선을 포함한다. 주요 결과는 태양보다 낮은 중성도와 변동성이 있는 스펙트럼 에너지 분포(SED), 특히 뜨거운 블랙바디 성분을 포함함으로써 [OIII]4363/5007 비율의 오랜 '온도 문제'를 해결하는 데 성공한다.

ABSTRACT

We present multi-component photoionization models allowing for local density inhomogeneities in the NLR to interpret the emission line spectra of Seyfert 2 galaxies. This approach leads to a successful match of a large set of line intensities from the UV to the NIR. In particular, the hitherto elusive NIR features [SIII]9062+9531 as well as high-ionization lines like [FeVII] are consistently fitted. The predictions of CIII] and CIV are considerably improved. From the detailed analysis of single-component photoionization models we derive the minimal radial extent of the NLR and the necessary span in density. Furthermore, we determine constraints on suggestions made about the role of matter-bounded clouds, and on proposed explanations for large [OIII]4363/5007 ratios (the so-called `temperature problem'), and assess the usability of some emission-line ratios as indicators of the ionization parameter. We find that a systematic variation of the cloud column densities in a population of matter-bounded clouds is inconsistent with the trends and correlations exhibited by the emission lines in the diagnostic diagrams. Concerning the temperature problem, the only possibility that leads to an overall consistency with the strengths of all other observed emission lines is subsolar metal abundances (as compared to e.g. the presence of dust, the existence of a high-density component, or matter-bounded clouds). In addition, the consequences of the presence of (Galactic-ISM-like) dust internal to the clouds were investigated. These models alleviate the [OIII]-ratio problem but did not lead to overall consistent fits. In our final model series, the NLR is composed of a mixture of metal-depleted (0.5 x solar) clouds with a radius-independent range in densities (10^2 to 10^5 cm^-3) distributed over a range of distances from the nucleus (galactocentric radii from at least $\\sim$ 10^{20} cm to 10^{21.5} cm, for $Q_{tot} = 10^{54}$ s^{-1}). In order to encompass the observed range of each line intensity relative to H$\\beta$, it turns out to be necessary to vary the spectral energy distribution incident on the clouds, qualitatively confirming the findings of Ho et al. (1993). We found a successful continuum sequence by adding an increasing contribution of a hot black body ($T \\approx 200000$ K) to a steep powerlaw ($\\alpha_{uv-x} \\approx -2$). These continua imply that low and high-excitation objects differ in the strength but not in the basic shape of the EUV bump.

연구 동기 및 목표

• 사이다 2은하계의 방출선 스펙트럼 간 괴리, 특히 높은 [OIII]4363/5007 비율을 포함한 '온도 문제'를 해결하기 위해.
• 물질 기반 구름과 구름 내부의-dust가 관측된 선 비율을 설명하는 데 가능성이 있는지 테스트하기 위해.
• 광이온화 모델링을 통해 NLR의 반경 범위와 밀도 구조를 규명하기 위해.
• 복잡한 NLR 환경에서 이온화 파ameter를 나타내는 데에 방출선 비율이 얼마나 신뢰할 수 있는지 평가하기 위해.
• 이전에 단일 성분 모델에서 잘 맞지 않았던 CIII] 및 CIV 선의 예측을 향상시키기 위해.

제안 방법

• 협편선영역(NLR) 내 국소 밀도 비균일성을 포함한 다성분 광이온화 모델을 사용하여 방출선 스펙트럼을 시뮬레이션한다.
• 총 이온화 빛의 세기 Q_tot = 10⁵⁴ s⁻¹로, 구름의 밀도 범위(10²–10⁵ cm⁻³)와 은하 중심 반경 범위(≥10²⁰ cm에서 10²¹.⁵ cm)를 설정한다.
• 구름에 입사하는 스펙트럼 에너지 분포(SED)를 다양화하며, 기울기가 급격한 파wer-law(α_UV-X ≈ -2)에 더해 뜨거운 블랙바디(T ≈ 200,000 K) 성분을 도입한다.
• 구름 내부의 먼지(은하계-ISM 유사)의 영향을 평가하기 위해, 그 영향이 선 비율에 미치는 영향을 테스트한다.
• UV에서 근적외선(NIR)까지의 관측된 선 강도(예: [SIII]9062+9531 및 [FeVII])와 모델 예측을 비교한다.
• 모델의 추세가 진단 다이어그램과 관측된 방출선 행동의 상관관계와 일관된지 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 밀도 비균일성 구조를 포함한 다성분 광이온화 모델이, 고이온화 상태 및 NIR 특징을 포함한 사이다 2은하계의 전체 관측 방출선 스펙트럼을 재현할 수 있는가?
• RQ2 온도 문제를 해결하기 위해 필요한 물리적 조건은 무엇인가? 중성도, 구름 기하학, SED 등이 포함된다.
• RQ3 물질 기반 구름의 집단에서 구름의 열역학적 밀도가 체계적으로 변화하는 것이 관측된 방출선 추세와 일치하는가?
• RQ4 구름 내부의 먼지 입자가 관측된 선 비율에 어떤 영향을 미치며, 이는 [OIII] 비율의 괴리를 해결할 수 있는가?
• RQ5 단일 성분 모델 대비 다성분 모델을 사용할 경우, CIII] 및 CIV 선 예측은 어느 정도 향상되는가?

주요 결과

• 모든 관측된 방출선, 특히 [OIII]4363/5007 비율까지 일관되게 재현할 수 있는 유일한 설명은 태양보다 낮은 중성도(0.5× 태양)이다.
• 10²에서 10⁵ cm⁻³의 밀도를 가지며 은하 중심 반경 10²⁰에서 10²¹.⁵ cm 범위에 퍼져 있는 금속 농도가 낮은(0.5× 태양) 구름의 조합이 일관된 NLR 구조를 제공한다.
• 기울기가 급격한 파워-법칙(α_UV-X ≈ -2)에 더해 뜨거운 블랙바디 성분(T ≈ 200,000 K)이 포함된 SED가 UV에서 NIR에 이르는 관측된 선 강도를 일치시키기 위해 필수적이다.
• 물질 기반 구름 집단에서 구름의 열역학적 밀도가 체계적으로 변화하는 것은 관측된 방출선 추세와 상관관계와 일치하지 않는다.
• 내부 먼지 입자(Galactic-ISM 유사)는 [OIII] 비율 문제를 완화하지만, 모든 방출선에 대해 전체적으로 일관된 맞춤을 제공하지 못한다.
• 모델은 저-고 excitation 사이다 2은하계가 주로 EUV 연속 뾰루의 강도 차이가 지배하며, 형태의 차이는 아니라는 점을 확인한다.