[논문 리뷰] Intra-night optical variability study of a non-jetted narrow-line Seyfert 1 galaxy: SDSS J163401.94+480940.1

Vineet Ojha|arXiv (Cornell University)|2022. 01. 15.

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한 줄 요약

이 연구는 3.6m Devasthal Optical Telescope (DOT) 관측을 통해 비제트(non-jetted) 방사선 강한 좁선 시퍼트 1은하계 SDSS J163401.94+480940.1의 최초로 내일 광학 변동성(INOV) 분석을 수행한다. 단지 6.01분 만에 14%의 뚜렷한 광도 증가가 관측되었으며, 이는 약 22분의 이중화 시간(doubleing time)을 의미한다. 이는 일반적으로 상대론적 제트와 연관된 매우 빠른 변동성을 나타내며, 이전 VLBA 데이터에 기반한 비제트로의 분류에 도전한다.

ABSTRACT

SDSS J163401.94$+$480940.2 is a non-jetted radio-loud narrow-line Seyfert 1 (NLSy1) galaxy. Optical monitoring of this object was carried out in two intra-night sessions each $\geq$ 3 hrs with 3.6m DOT. Intra-night optical variability (INOV) characterization is presented for the first time for this source. We have detected an unexpected remarkable flare in one of two monitoring sessions of SDSS J163401.94$+$480940.2, whose rapid brightening phase implied a minute like doubling time of $\sim$ 22 minutes, thereby approaching to the extremely fast minute like variability, observed from FSRQ PKS 1222$+$21 at 400 GeV. The detection of a minute-like variability suggests the existence of relativistic jets with a small viewing angle. We briefly discuss the possible mechanisms for the non-detection of relativistic jets in its Very Long Baseline Array (VLBA) observations.

연구 동기 및 목표

• VLBA 관측에 기반해 비제트로 분류된 방사선 강한 좁선 시퍼트 1은하계 SDSS J163401.94+480940.1에서 내일 광학 변동성(INOV)을 조사하는 것.
• 빠른 광학 변동성이 라디오 VLBA 데이터에서 검출되지 않았음에도 불구하고 상대론적 제트 존재의 간접적 증거로 사용될 수 있는지 판단하는 것.
• 관측된 극도로 빠른 INOV와 5 GHz VLBA 관측에서의 제트 미검출 간의 모순을 설명할 수 있는 가능한 원인을 탐색하는 것.
• 핵주변 이온화 기체와 흡수 메커니즘이 낮은 라디오 주파수에서 제트 신호를 가림으로써 영향을 미치는 역할을 평가하는 것.

제안 방법

• 2018년에 3.6m Devasthal Optical Telescope (DOT)를 사용해 각각 3시간 이상 지속된 두 차례의 내일 광학 모니터링 세션을 실시하였다.
• 비교 항성(Comparison star)을 사용해 차등 광도측정(differential photometry)을 수행하여 AGN의 광학 광도 변화를 분리하였다.
• 100초 간격의 샘플링으로 경로도(DLCs)를 생성하여 시간에 따른 광도 변화를 분석하였다.
• 6.01분 동안 약 14%의 광도 증가를 관측한 바탕으로, 변동성 timescale을 유추하기 위해 광도 이중화 시간을 계산하였다.
• PKS 1222+21와 같은 FSRQ에서 알려진 빠른 변동성과 비교하여 제트 기원 가능성 여부를 평가하였다.
• VLBA 미검출의 가능한 원인을 분석하였으며, 제트의 침체 상태, 낮은 제트 출력, 핵주변 이온화 기체에 의한 자유-자유 흡수(free-free absorption) 등을 고려했다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비제트로 분류된 방사선 강한 좁선 시퍼트 1은하계 SDSS J163401.94+480940.1는 상대론적 제트를 시사하는 극도로 빠른 내일 광학 변동성을 보이는가?
• RQ2 이 소스의 5 GHz VLBA 관측에서 제트 성분이 검출되지 않았음에도 불구하고, 분석된 분석과 유사한 분석을 통해 분석된 분석이 가능한가?
• RQ3 밀도 높은 핵주변 이온화 기체에 의한 자유-자유 흡수는 VLBA 데이터에서 제트 미검출을 설명할 수 있는가?
• RQ4 극도로 빠른 광학 변동성의 존재와 감지되지 않는 라디오 제트 간의 모순을 해소할 수 있는 물리적 메커니즘은 무엇인가?

주요 결과

• 단지 6.01분 만에 14%의 빠른 광도 증가가 발생하였으며, 이는 약 22분의 광도 이중화 시간에 해당한다.
• 이 이중화 시간은 400 GeV에서 FSRQ PKS 1222+21에서 관측된 가장 빠른 알려진 내일 광학 변동성과 유사하여, 작은 시야각을 가진 상대론적 제트를 시사한다.
• 이 소스는 2013년 5 GHz VLBA 관측에 기반해 비제트로 분류되었으며, 이는 해상도가 낮은 핵심 코어만 검출되었고 제트는 해상도가 낮았다.
• 극도로 빠른 INOV와 VLBA 미검출 사이의 모순은 2013년 관측 시 제트가 침체 상태였을 가능성이 있다.
• 또 다른 가능성으로, 밀도 높은 핵주변 이온화 기체에 의한 자유-자유 흡수로 인해 제트가 가려졌을 수 있으며, 이는 고-Eddington 비율 NLSy1에서 흔한 현상이다.
• 낮은 블랙홀 질량 (~2.5 × 10⁷ M⊙) 과 낮은 라디오 휘도 (1.4 GHz에서 1.02 × 10⁴¹ erg s⁻¹) 는 덜 강력한 제트를 시사하며, 이는 주변 은하계의 구속력에서 벗어나기 어려울 수 있음을 암시한다.