[논문 리뷰] Kinematics and physical conditions of HI in nearby radio sources. The last survey of the old Westerbork Synthesis Radio Telescope

F. M. Maccagni, R. Morganti외 3명|arXiv (Cornell University)|2017. 05. 01.

Astrophysics and Cosmic Phenomena인용 수 31

한 줄 요약

이 연구는 웨스터버룩 합성 전파망원경의 최종 설문 조사 자료를 이용해 248개의 근접한 전파원에서 H I 운동학 및 물리 조건을 분석한다. H I 흡수는 27%의 소스에서 검출되었으며, 특히 청색 이동, 비대칭 프로파일을 보이는 운동학적으로 교란된 기체가 고전파력 및 중간적외선 빛나는 소스에서 우세하다. 이는 젊은 전파 활동에 의해 유도된 분출을 시사한다.

ABSTRACT

We present an analysis of the properties of neutral hydrogen (HI) in 248 nearby (0.0230$ mJy and for which optical spectroscopy is available. The observations were carried out with the Westerbork Synthesis Radio Telescope as the last large project before the upgrade of the telescope with phased array feed receivers (Apertif). The sample covers almost four orders of magnitude in radio power from $\log\,P_{ m 1.4 \,GHz}=22.5$ W Hz$^{-1}$ and $26.2$ W Hz$^{-1}$. We detect HI in absorption in $27\% \pm 5.5\%$ of the objects. The distribution and kinematics of the absorbing HI gas appear to depend on radio power, the properties of the radio continuum emission, and the dust content of the sources. Among the sources where HI is detected, gas with kinematics deviating from regular rotation is more likely found as the radio power increases. In these cases, the HI profile is often asymmetric with a significant blue-shifted component. This is particularly common for sources with $\log\,P_{ m 1.4 \, GHz}>24$ W Hz$^{-1}$, where the radio emission is small, possibly because these radio sources are young. The same is found for sources that are bright in the mid-infrared, i.e. sources rich in heated dust. In these sources, the HI is outflowing likely under the effect of the interaction with the radio emission. Conversely, in dust-poor galaxies, and in sources with extended radio emission, at all radio powers we only detect HI distributed in a rotating disk. Stacking experiments show that in sources for which we do not detect HI in absorption directly, the HI has a column density that is lower than $3.5 imes 10^{17} (T_{ m spin}/c_f)$ cm$^{-2}$. We use our results to predict the number and type of HI absorption lines that will be detected by the upcoming surveys of the Square Kilometre Array precursors and pathfinders (Apertif, MeerKAT, and ASKAP).

연구 동기 및 목표

• 근접한 전파 빛나는 AGN에서 중성 수소(H I)의 운동학 및 물리 조건을 조사하여 피드백 메커니즘을 이해한다.
• H I 흡수 특성과 전파력, 전파 구조, 먼지 함량 간 상관관계를 규명한다.
• 운동학적 분석을 통해 H I가 활성 핵에 의해 연료로 쓰이거나 밀려나가는지 평가한다.
• 비검출 소스에서 H I를 탐색하기 위해 스택킹을 수행하고, 낮은 열량 밀도 기체에 대한 한계를 설정한다.
• 앞서 나올 SKA 길잡이 설문 조사(Apertif, MeerKAT, ASKAP)에서 H I 흡수 검출 확률을 예측한다.

제안 방법

• S1.4GHz > 30 mJy 이하이고 z < 0.25인 248개의 전파원을 대상으로 웨스터버룩 합성 전파망원경(WSRT)을 이용해 대규모 H I 흡수 설문 조사를 수행했다.
• 흡수 프로파일의 운동학적 구조, 특히 비대칭성, 청색 또는 빨간색 이동 날개, 선 너비 등을 분석했다.
• 전파력(log P1.4GHz = 22.5–26.2 W Hz⁻¹), 전파 구조(단단한 vs. 확장형), 중간적외선 밝기(MIR 빛나는 vs. 먼지가 적은) 기준으로 소스를 분류했다.
• 비검출 소스에 대해 스택킹을 수행하여 스핀 온도 및 투과도 모델을 가정한 H I 열량 밀도 상한을 설정했다.
• 광학 스펙트로스코피 및 다중파장 데이터(SDSS, WISE 등)를 비교 분석하여 먼지 함량과 AGN 활동을 평가했다.
• ATLAS3D 샘플의 스택킹 결과를 기준으로 하여 초기형 은하에서 H I 분포가 이중성임을 추론했다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 전파력 범위에서 근접한 전파원에서 H I 흡수의 검출률은 어떻게 되는가?
• RQ2 H I 흡수 선의 운동학은 전파력, 전파 구조, 먼지 함량과 어떻게 관련되는가?
• RQ3 H I 프로파일에서 청색 또는 빨간색 이동 날개는 분출을 나타내는가, 아니면 이미 존재하는 유입을 나타내는가?
• RQ4 직접적인 흡수가 검출되지 않은 소스에서 H I 열량 밀도의 상한은 얼마인가?
• RQ5 앞서 나올 SKA 길잡이 설문 조사(Apertif, MeerKAT, ASKAP)는 어떤 적색편이 및 전파력 범위에서 H I 흡수를 검출할 수 있는가?

주요 결과

• 248개 소스 중 27% ± 5.5%에서 H I 흡수를 검출하였으며, 검출 범위는 log P1.4GHz = 22.5에서 26.2 W Hz⁻¹까지 전파력의 전 범위를 포함한다.
• log P1.4GHz > 24 W Hz⁻¹ 이며 단단한 전파 구조를 가진 소스에서는 비대칭적이며 청색 또는 빨간색 이동된 H I 선이 더 자주 관측되어 운동학적으로 교란된 상태임을 시사한다.
• MIR 빛나는 소스에서는 넓은 H I 선(FWHM > 300 km s⁻¹)과 강한 청색 이동 날개가 흔히 관측되며, 이는 젊은 전파 제트에 의해 유도된 중성 기체 분출을 시사한다.
• 넓은 H I 선에서 빨간색 이동 날개는 관측되지 않았으며, 이는 기존의 유입보다 분출 시나리오를 지지한다.
• 비검출 소스에 대한 스택킹 실험을 통해 H I 열량 밀도 상한이 3.5 × 10¹⁷ (Tspin/cf) cm⁻² 이하임을 설정하였으며, 이는 비검출 소스에 매우 낮은 기체 함량 또는 높은 스핀 온도를 의미한다.
• ATLAS3D 스택킹 기준은 3σ H I 발광선(NH I ≈ 2.1 × 10¹⁹ cm⁻²)을 보이며, 이는 H I 분포가 이중성임을 시사한다: 또는 흡수로 검출 가능하거나 매우 낮은 열량 밀도 기체로만 존재한다.