[논문 리뷰] Large-scale outflows in luminous QSOs revisited: The impact of beam smearing on AGN feedback efficiencies

B. Husemann, J. Scharwächter외 4명|DigitalCommons - CalPoly (California State Polytechnic University)|2015. 12. 17.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 102인용 수 35

한 줄 요약

이 연구는 빛나는 QSO에서의 대규모 유출을 재평가하며, AGN 피드백 에너지학에 미치는 빔 스메어링의 영향을 정량화한다. 12개의 투명한 QSO의 적분장 스펙트로스코피를 사용하여, 빔 스메어링이 관측된 선 폭과 운동 에너지의 크기를 인위적으로 증가시킨다는 것을 보여주며, 탈블렌딩 후 운동 에너지가 1~2개의 주기수만큼 감소함으로써 피드백 효율이 빛의 전체 농도의 오직 0.01~0.1%로 떨어지며, 이는 천체역학 시뮬레이션에서 요구하는 5~10%보다 훨씬 낮다.

ABSTRACT

[Abridged] Enormous observational efforts have been made to constrain the energetics of AGN feedback by mapping the kinematics of the ionized gas on kpc scale. We study how the observed kinematics and inferred energetics are affected by beam smearing of a bright unresolved NLR due to seeing. We analyse IFU spectroscopy of a sample of twelve QSOs initially presented by Liu et al. (2014). The PSF for the observations is directly obtained from the light distribution of the broad Hb line component. We are able to compare the ionized gas kinematics and derived energetics of the total, spatially extended, and unresolved [OIII] emission. We find that the spatially resolved [OIII] line width on kpc scales is significantly narrower than the one before PSF deblending. The ENLRs appear offset from the QSO position or more elongated which can be interpreted in favour of a conical outflow on large scales while a spherical geometry cannot be excluded for the unresolved NLR. We find that the kinetic power at 5kpc distance from the spherical model by Liu et al. (2013) is reduced by two magnitudes for a conical outflow and one magnitude for the unresolved NLR after PSF deblending. This reduced kinetic power corresponds to 0.01-0.1% of the bolometric AGN luminosity. This is smaller than the 5-10% feedback efficiency required by some simulations to reproduce the massive galaxy population. The injected momentum fluxes are close or below the simple radiation-pressure limit Lbol/c for the conical outflow model for the NLR and ENLR when beam smearing is considered. IFU spectroscopy is a powerful tool to investigate the energetics of AGN outflows, but the impact of beam smearing has to be taken into account. For the majority of observations in the literature, this has not been addressed carefully so that the incidence and energetics of presumed kpc-scale AGN-driven outflows still remain an unsolved issue.

연구 동기 및 목표

• 빔 스메어링 효과를 고려하여 빛나는 QSO에서 대규모 AGN 유도 유출의 에너지학을 재평가하기 위해.
• 관측된 [O iii] 복사선의 운동학적 특성에 영향을 미치는 기구적 시야와 PSF 확산의 영향을 분석하기 위해.
• 해결되지 않은 중심 [O iii] 복사선이 유도된 피드백 효율과 운동 에너지 추정치에 미치는 영향을 정량화하기 위해.
• 은폐된 QSO와 투명한 QSO에서의 kpc 규모 유출이 널리 존재한다는 주장 간의 모순을 기구적 제약 조건을 평가하여 해결하기 위해.
• 적분장 스펙트로스코피를 통한 AGN 피드백 해석에서 빔 스메어링이 중요한 것으로 이전에 과소평가된 요소임을 규명하기 위해.

제안 방법

• Gemini/GMOS를 사용하여 12개의 빛나는 투명한 QSO(0.4 < z < 0.7)의 고해상도 광학 적분장 스펙트로스코피를 확보하였다.
• 불확실한 넓은 Hβ 복사선 성분에서 직접적으로 점조직함수(PSF)를 유도하여 정확한 PSF 탈구성화를 가능하게 하였다.
• PSF 탈블렌딩 기법을 사용하여 총 [O iii] 복사선을 해결되지 않은 중심 성분과 진정으로 공간적으로 확장된 ENLR로 분리하였다.
• 해결된 성분과 해결되지 않은 성분에 대해 선 폭과 속도 분산 등의 운동학적 특성을 재계산하여 빔 스메어링 효과를 평가하였다.
• 구형 및 콘형 기하학적 구조에서 유출 에너지학을 모델링하고, 탈블렌딩 전후의 운동 에너지와 동량 유량을 비교하였다.
• 5 kpc에서의 운동 에너지와 전체 AGN 복사 농도의 비율로 피드백 효율을 계산하였으며, 천체역학 시뮬레이션과의 일관성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 시야와 PSF 확산으로 인한 빔 스메어링이 빛나는 QSO에서 [O iii] 복사선의 측정된 운동학적 특성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 해결되지 않은 중심 복사선으로 인해 대규모 AGN 유출의 유도된 운동 에너지가 얼마나 과대평가되는가?
• RQ3 ENLR 운동학적 특성 분석에서 빔 스메어링을 보정할 경우 피드백 효율은 어떻게 변화하는가?
• RQ4 이전 연구들이 은폐된 QSO에서는 kpc 규모의 유출이 널리 존재한다고 보고했지만, 투명한 QSO에서는 그렇지 않다는 이유는 무엇이며, 빔 스메어링이 기여하는 요소인가?
• RQ5 고대비 QSO 환경에서 AGN 유도 유출의 동량 유량과 에너지 예산에 대해 빔 스메어링이 어떤 함의를 지닌다?

주요 결과

• 빔 스메어링으로 인해 kpc 규모에서 공간적으로 해결된 [O iii] 선 폭은 총 관측 폭보다 현저히 좁으며, 이는 유출 속도가 과대평가되었음을 시사한다.
• PSF 탈블렌딩 후 콘형 유출 모델의 운동 에너지는 구형 모델 대비 두 개의 주기수만큼 감소하여 5 kpc에서 1.5–3×10^41 erg/s로 감소한다.
• 보정된 피드백 효율은 전체 복사 농도의 오직 0.01–0.1%이며, 천체역학 시뮬레이션에서 질량이 큰 은하 집단을 재현하기 위해 요구하는 5–10%보다 훨씬 낮다.
• 콘형 유출 모델의 동량 유량은 복사압력 한계 L_bol/c에 가깝거나 이를 하회하며, 강력한 피드백을 위한 충분한 동량 공급이 부족함을 시사한다.
• 해결되지 않은 NLR는 관측된 운동학적 특성에 크게 기여하며, 이를 제거하면 진정한 비대칭성과 연장된 형태가 드러나 콘형 유출 기하학과 일치한다.
• 빔 스메어링은 은폐된 QSO에서 kpc 규모의 유출이 널리 존재한다는 주장과 투명한 QSO에서는 그러한 특징이 보이지 않는 데서 기인하는 일부 모순을 설명할 수 있으며, 특히 기구적 요소를 보정하지 않은 경우 더욱 그렇다.