[논문 리뷰] LoTSS/HETDEX: Optical quasars I. Low-frequency radio properties of optically selected quasars

G. Gürkan, M. J. Hardcastle외 18명|Edinburgh Research Explorer|2018. 11. 19.

Radio Astronomy Observations and Technology참고 문헌 95인용 수 20

한 줄 요약

이 연구는 LoTSS 설문조사를 통해 확보한 깊고 고해상도의 LOFAR 데이터를 활용하여 광학적으로 선별된 활성은하핵의 저주파수 전파 특성을 조사한다. 방사능도 수치 𝒫에 대한 명백한 이중성은 관측되지 않으며, 이는 라디오 특성의 연속적인 분포를 시사하며, 저광도 활성은하핵에서는 항성 형성에 의해 주로 방사되는 전파가 관측된다. 연구 결과는 저주파수 설문조사를 통해 AGN와 은하계 주변의 기여를 이해하는 데 중요한 역할을 하며, 향후 SKA 시대의 과학적 성과를 예고한다.

ABSTRACT

The radio-loud/radio-quiet (RL/RQ) dichotomy in quasars is still an open question. Although it is thought that accretion onto supermassive black holes in the centre the host galaxies of quasars is responsible for some radio continuum emission, there is still a debate as to whether star formation or active galactic nuclei (AGN) activity dominate the radio continuum luminosity. To date, radio emission in quasars has been investigated almost exclusively using high-frequency observations in which the Doppler boosting might have an important effect on the measured radio luminosity, whereas extended structures, best observed at low radio frequencies, are not affected by the Doppler enhancement. We used a sample of quasars selected by their optical spectra in conjunction with sensitive and high-resolution low-frequency radio data provided by the LOw Frequency ARray (LOFAR) as part of the LOFAR Two-Metre Sky Survey (LoTSS) to investigate their radio properties using the radio loudness parameter ($\mathcal{R} = \frac{L_{\mathrm{144-MHz}}}{L_{\mathrm{i\,band}}}$). The examination of the radio continuum emission and RL/RQ dichotomy in quasars exhibits that quasars show a wide continuum of radio properties (i.e. no clear bimodality in the distribution of $\mathcal{R}$). Radio continuum emission at low frequencies in low-luminosity quasars is consistent with being dominated by star formation. We see a significant albeit weak dependency of $\mathcal{R}$ on the source nuclear parameters. For the first time, we are able to resolve radio morphologies of a considerable number of quasars. All these crucial results highlight the impact of the deep and high-resolution low-frequency radio surveys that foreshadow the compelling science cases for the Square Kilometre Array (SKA).

연구 동기 및 목표

• 깊고 고해상도의 LOFAR 데이터를 활용하여 광학적으로 선별된 활성은하핵의 저주파수 전파 특성을 조사한다.
• 라디오 루드니스 수치 𝒫 = L₁₄₄₋ₘₕz / Lᵢ₋bₐₙ𝒹를 사용하여 활성은하핵에서의 RL/RQ 이분법이 존재하는지 평가한다.
• 저광도 활성은하핵에서 라디오 방사의 주요 기여자가 AGN 제트인지 항성 형성인지를 규명한다.
• 저주파수에서 활성은하핵의 라디오 구조를 처음으로 해상도를 높여 분석하여 확장된 구조를 연구한다.
• 깊은 저주파수 설문조사의 과학적 영향이 향후 SKA 시대의 천문학에 어떻게 기여하는지 보여준다.

제안 방법

• HETDEX 설문조사를 통해 광학 스펙트럼으로 선별된 활성은하핵 샘플을 활용하였다.
• 144 MHz에서 민감하고 고해상도의 저주파수 전파 데이터를 LOFAR Two-Metre Sky Survey(LoTSS)에서 확보하였다.
• 144-MHz 광도(L₁₄₄₋ₘₕz)와 i-대역 광학 광도(Lᵢ₋bₐₙ𝒹)를 사용하여 라디오 루드니스 수치 𝒫를 계산하였다.
• LOFAR의 고각해상도를 활용하여 라디오 구조를 분석하여 균일한 핵심 방출과 확장된 구조를 구분하였다.
• SDSS, Herschel-ATLAS 및 기타 설문조사의 다중파장 데이터를 활용하여 은하계 주변의 항성 형성과 AGN 기여도를 추정하였다.
• 통계적 분석을 통해 𝒫가 블랙홀 질량 및 에딩턴 비율과 같은 핵심 매개변수에 어떻게 의존하는지 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 광학적으로 선별된 활성은하핵에서 라디오 루드니스 수치 𝒫에 명백한 이중성 분포가 존재하는가?
• RQ2 저광도 활성은하핵에서 저주파수 라디오 방사의 주요 기원은 무엇인가—AGN 제트인지 항성 형성인가?
• RQ3 144 MHz에서의 활성은하핵 라디오 구조는 고주파수에서의 것과 어떻게 비교되며, 제트와 은하계 기여도에 대해 무엇을 드러내는가?
• RQ4 라디오 루드니스 수치 𝒫는 블랙홀 질량 및 질량흡착률과 같은 내재된 활성은하핵 특성에 얼마나 의존하는가?
• RQ5 LoTSS와 같은 저주파수 설문조사가 고주파수 연구에 비해 RL/RQ 이분법을 이해하는 데 어떻게 기여하는가?

주요 결과

• 라디오 루드니스 수치 𝒫의 분포는 명백한 이중성을 보이지 않으며, 이는 엄격한 RL/RQ 이분법이 아니라 연속적인 라디오 특성의 스펙트럼을 시사한다.
• 저광도 활성은하핵은 144 MHz에서 항성 형성에 의해 주로 지배되는 전파 연속 스펙트럼을 보이며, 이는 AGN 제트에 의한 것이 아님을 시사한다.
• 블랙홀 질량 및 에딩턴 비율과 같은 핵심 매개변수와 𝒫 사이에 유의미한 그러나 약한 상관관계가 발견되어, 질량흡착 물리학에 대한 미세한 의존성이 있음을 시사한다.
• 이번 연구에서 처음으로 다수의 활성은하핵에 대해 저주파수에서 해상도를 높여 라디오 구조를 이미징하여, 도플러 부스팅에 영향을 받지 않는 확장된 구조를 드러냈다.
• 연구 결과는 LoTSS와 같은 저주파수 설문조사가 AGN와 은하계 주변의 라디오 방출에 기여하는 요소를 분리하는 데 필수적임을 입증하며, 향후 SKA 과학에 강력한 함의를 지닌다.
• 이 연구는 고주파수 라디오 설문조사가 도플러 부스팅에 의해 편향될 수 있음을 확인하였으며, 저주파수 관측은 확장된 라디오 구조를 더 객관적으로 보여주는 데 기여한다.