[논문 리뷰] Is IRAS 01072+4954 a True-Seyfert 2? Hints from Near Infrared Integral Field Spectroscopy

M. Valencia-S., J. Zuther외 5명|arXiv (Cornell University)|2012. 03. 27.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 150인용 수 15

한 줄 요약

이 연구는 근적외선 적층 스펙트로스코피를 사용하여, X선에서 유형-1 특성을 보이지만 광학 스펙트럼에서 유형-2 특성을 보이는 성폭발/세이퍼트 복합은행성인 IRAS 01072+4954를 조사한다. 낮은 질량의 블랙홀($M_{\rm BH} \sim 10^5\,M_\odot$)과 높은 에딩턴 비율($\lambda_{\rm Edd} \sim 0.2$)을 포함하며, 희미하고 좁은 넓은 선($\mathrm{FWHM}_{\rm broad} \sim 400-600\,\mathrm{km\,s^{-1}}$)을 관측하여, 이는 진정한 세이퍼트 2가 아니라 약한 광학 Fe ii 발산이 있는 극한의 좁은 선 세이퍼트 1임을 시사한다. 이는 저조도 선이 가시성이 낮기 때문이다.

ABSTRACT

In contrast to the predictions of the unified model, some X-ray unobscured Seyfert 2 galaxies have been discovered in the last decade. One of them, the starburst/Seyfert composite galaxy IRAS 01072+4954 (z=0.0236), has a typical Type~1 X-ray emission, while its optical spectrum resembles an HII galaxy and lacks the expected broad lines. We performed near-infrared integral-field observations of this object with the aim to determine the nature of its nuclear emission and to find indications for the existence or absence of a broad-line region. Several reasons have been proposed to explain such peculiar emission. We studied the validity of such hypotheses, including the possibility for it to be True-Seyfert~2. We found little obscuration towards the nucleus A_V = 2.5 mag, and a nuclear star-formation rate Sigma_SFR < 11.6 Msun yr^{-1} kpc^{-2}, which is below the average in Seyferts. Unresolved hot-dust emission with T ~ 1150 K seems to indicate the presence of a torus with its axis close to the line of sight. We found that IRAS 01072+4954 hosts a low mass black hole with an estimated mass of M_BH ~ 10^5 Msun and an upper limit of 2.5x10^6 Msun. Its bolometric luminosity is L_bol ~ 2.5x10^{42} erg/s, which yields a high accretion rate with an Eddington ratio ~ 0.2. If the relations found in more massive systems also apply to this case, then IRAS 01072+4954 should show broad emission lines with FWHM_{broad} ~(400-600) km/s. Indeed, some indications for such narrow broad-line components are seen in our data, but the evidence is not yet conclusive. This source thus seems not to be a True-Seyfert 2, but an extreme case of a narrow line Seyfert 1, which, due to the faintness of the active nucleus, does not have strong FeII emission in the optical.

연구 동기 및 목표

• IRAS 01072+4954의 핵 영역에서의 방출 성질을 규명하기 위해, X선에서 유형-1 특성을 보이고 광학 스펙트럼에서 유형-2 특성을 보이는 은하의 성질을 조사한다.
• IRAS 01072+4954가 진정한 세이퍼트 2인지를 테스트하기 위해, 블랙홀 선역역이 내재적으로 부재하기 때문이 아니라 은폐로 인해 부재하는지를 확인한다.
• 이 기묘한 방출을 설명하는 경쟁적 가설들, 즉 은폐, 성폭발 우세성, BLR 존재 불가를 검토한다.
• 근적외선 영역에서의 뜨거운-dust 방출을 통해 토루스의 존재와 그 경향을 조사한다.

제안 방법

• 고해상도 공간 및 스펙트럼 해상도로 핵 영역을 해상하기 위해, 게미니 다중 코어이송 적응 광학 시스템을 사용한 근적외선 적층 스펙트로스코피를 수행하였다.
• 스펙트럼 에너지 분포 모델링을 적용하여 핵의 은폐도($A_V$), 성폭발율 밀도($\Sigma_{\rm SFR}$), 먼지 온도($T \sim 1150\,\mathrm{K}$)를 유도하였다.
• 별의 속도 분산과 연속 스펙트럼 빛의 강도를 바탕으로 블랙홀 질량($M_{\rm BH}$)과 복사 빛의 강도($L_{\rm bol}$)를 추정하였다.
• 에딩턴 비율($\lambda_{\rm Edd}$)을 계산하여 조도 상태와 BLR 예측 가능성 평가를 수행하였다.
• $L_{\rm bol}$과 $M_{\rm BH}$를 사용하여 $R_{\rm BLR} \propto L_{\rm bol}^{0.5}$ 관계를 통해 블랙홀 선역역(BLR)의 이론적 기대치를 유도하였다.
• 관측된 K밴드 스펙트럼을 합성 모델의 넓은 선 성분(예: Br$\gamma$)과 비교하여 희미한 넓은 선의 감지 가능성 평가를 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 IRAS 01072+4954는 진정한 세이퍼트 2인가, 즉 내재적으로 블랙홀 선역역이 부재하기 때문인가, 아니면 은폐로 인한 것인가?
• RQ2 핵 영역의 방출 성질은 무엇이며, 이는 낮은 질량의 블랙홀과 높은 조도율에서 기인하는가?
• RQ3 유형-1 X선 특성과 높은 에딩턴 비율에도 불구하고 넓은 선 방출이 감지되지 않는 이유는 무엇인가?
• RQ4 T \sim 1150\,\mathrm{K}에서의 뜨거운 먼지 방출은 중심 엔진으로의 명확한 시야를 나타내고 토루스가 존재하는가?
• RQ5 왜 IRAS 01072+4954는 좁은 선 세이퍼트 1 은하에서 흔히 볼 수 있는 강한 Fe ii 방출을 보이지 않는가?

주요 결과

• 핵의 은폐도는 낮으며, $A_V \sim 2.5\,\mathrm{mag}$로 중심 엔진으로 향하는 은폐가 최소한임을 나타낸다.
• 성폭발율 밀도는 $\Sigma_{\rm SFR} < 11.6\,\mathrm{M_\odot\,yr^{-1}\,kpc^{-2}}$로, 일반적인 세이퍼트 수준 이하이며 성폭발 우세성은 배제된다.
• T \sim 1150\,\mathrm{K}에서의 뜨거운 먼지 방출은 토루스가 거의 면면으로 보이고, 명확한 시야를 의미한다.
• 블랙홀 질량은 $M_{\rm BH} \sim 10^5\,\mathrm{M_\odot}$로 추정되며, 복사 빛의 강도는 $L_{\rm bol} \simeq 2.5 \times 10^{42}\,\mathrm{erg\,s^{-1}}$로, 에딩턴 비율은 $\lambda_{\rm Edd} \simeq 0.2$로 도출되었다.
• 이론적 모델은 넓은 H$\alpha$ 선의 FWHM $\sim (400-600)\,\mathrm{km\,s^{-1}}$와 강도 $\sim (1.7-4.8) \times 10^{-14}\,\mathrm{erg\,s^{-1}\,cm^{-2}}$를 예측하며, 이는 현재 데이터로는 감지하기에 너무 희미하다.
• Br$\gamma$ 선 위치 근처에 약한 '결함'이 관측되어 넓은 성분과 일치하지만, 확정하기 위해서는 더 높은 신호 대비 잡음 비율이 필요하다.