[논문 리뷰] Merger-driven Fueling of Active Galactic Nuclei: Six Dual and Offset Active Galactic Nuclei Discovered with Chandra and Hubble Space Telescope Observations

Julia M. Comerford, D. Pooley외 5명|arXiv (Cornell University)|2015. 04. 06.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 찰라 X선 및 허블 우주망원경 관측을 통해 융합 중인 은하에서 6개의 이중 또는 오프셋 활성은하핵(AGN)을 특정하여, 주요 융합이 더 높은 빛줄기 AGN을 선호적으로 유도한다는 것을 밝혀냈다. 이중 AGN의 딱정광선 빛줄기는 고정된 [O III] 빛줄기에서 단일 AGN의 절반 수준이지만, 융합 과정에서 기체 흡수 증가로 인한 것으로 보이며, 이는 이중 AGN 후보를 확인하기 위해 더 깊은 X선 조사가 필요하다는 점을 시사한다.

ABSTRACT

Dual active galactic nuclei (AGNs) and offset AGNs are kpc-scale separation supermassive black holes pairs created during galaxy mergers, where both or one of the black holes are AGNs, respectively. These dual and offset AGNs are valuable probes of the link between mergers and AGNs but are challenging to identify. Here we present Chandra/ACIS observations of 12 optically-selected dual AGN candidates at z < 0.34, where we use the X-rays to identify AGNs. We also present HST/WFC3 observations of 10 of these candidates, which reveal any stellar bulges accompanying the AGNs. We discover a dual AGN system with separation of 2.2 kpc, where the two stellar bulges have coincident [O III] and X-ray sources. This system is an extremely minor merger (460:1) that may include a dwarf galaxy hosting an intermediate mass black hole. We also find six single AGNs, and five systems that are either dual or offset AGNs with separations < 10 kpc. Four of the six dual AGNs and dual/offset AGNs are in ongoing major mergers, and these AGNs are 10 times more luminous, on average, than the single AGNs in our sample. This hints that major mergers may preferentially trigger higher luminosity AGNs. Further, we find that confirmed dual AGNs have hard X-ray luminosities that are half of those of single AGNs at fixed [O III] luminosity, on average. This could be explained by high densities of gas funneled to galaxy centers during mergers, and emphasizes the need for deeper X-ray observations of dual AGN candidates.

연구 동기 및 목표

• 다중 파장 관측을 통해 융합 은하 시스템 내 이중 및 오프셋 활성은하핵(AGN)을 특정하고 확인하는 것.
• 융합 은하에서 X선 및 광학 방출을 분석하여 은하 융합과 AGN 공급 간의 관계를 조사하는 것.
• 고립 또는 경미한 융합 시스템에 비해 주요 융합이 더 높은 빛줄기 AGN을 선호적으로 유도하는지 판단하는 것.
• 이중 AGN가 단일 AGN보다 체계적으로 낮은 X선 출력을 보이므로, [O III] λ5007에서 딱정광선 빛줄기로의 스케일링 관계를 校정하는 것.
• 기체 밀도와 흡수의 역할이 융합 환경에서 관측된 AGN 빛줄기 강도를 어떻게 형성하는지 평가하는 것.

제안 방법

• z < 0.34 범위 내에서 12개의 광학적으로 선별된 이중 AGN 후보에 대해 찰라/ACIS X선 관측을 수행하여 AGN의 X선 방출을 탐지하고 특성화하였다.
• 허블 우주망원경/WFC3의 F160W, F814W, F438W 대역에서의 영상 관측을 통해 항성 부르스와 융합 은하의 형상 특징을 해상도 분석하였다.
• 0.5–8 keV 대역에서 X선 카운트와 복사류를 측정하여 AGN 활동을 확인하고 딱정광선 빛줄기 강도를 추정하였다.
• 광학 스펙트로스코피에서 [O III] λ5007 방출선 빛줄기 강도를 측정하여 X선 빛줄기와 비교하고 AGN 공급 효율을 평가하였다.
• 항성 부르스 빛줄기 강도의 비율을 사용하여 융합 질량 비율을 대체 지표로 삼아 시스템을 주요 또는 경미한 융합으로 분류하였다.
• 부드러운 X선 데이터의 스펙트럼 피팅을 수행하여 광이온화 기체 영역을 식별하고 단일 또는 이중 AGN 시나리오를 구분하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 주요 은하 융합은 경미한 융합 또는 고립 시스템에 비해 더 높은 빛줄기 AGN을 선호적으로 유도하는가?
• RQ2 고정된 [O III] λ5007 빛줄기 강도에서 이중 AGN가 단일 AGN보다 낮은 딱정광선 빛줄기 강도를 보이는 이유는 무엇인가?
• RQ3 기체 밀도와 흡수가 융합 환경에서 이중 AGN 시스템의 관측된 X선 방출을 억제하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 이중 시스템 내 AGN의 에딩턴 비율은 주변 항성 부르스의 빛줄기 강도와 어떻게 상관관계가 있는가?
• RQ5 융합 은하 간의 간격은 이중 AGN 활성화 가능성과 관련이 있는가?

주요 결과

• 2.2 kpc의 투영 간격을 가진 확정된 이중 AGN 시스템이 발견되었으며, 질량 비율 460:1인 극도로 경미한 융합에서 발생했으며, 중간질량 블랙홀을 가진 저질량 은하가 관여했을 가능성이 있다.
• 6개의 이중 또는 이중/오프셋 AGN 시스템 중 4개는 진행 중인 주요 융합(질량 비율 3:1에서 1:1)에 있으며, 이들의 AGN는 샘플 내 단일 AGN보다 평균적으로 10배 더 높은 빛줄기 강도를 보인다.
• 유형 2 이중 AGN는 고정된 [O III] λ5007 빛줄기 강도에서 단일 AGN의 절반 수준의 딱정광선 빛줄기 강도를 보이며, 융합 유도 기체 유입으로 인한 흡수 증가로 인해 발생한 것으로 보인다.
• 이중 AGN 시스템에서 더 낮은 빛줄기 강도를 가진 항성 부르스는 더 높은 에딩턴 비율의 AGN를 수용하고 있어, 더 낮은 질량의 융합 구성 요소에서 더 높은 기체 비율 또는 더 효율적인 수탈을 의미한다.
• 가장 작은 간격을 가진 시스템(2.19 kpc 및 2.93 kpc)이 가장 이중 AGN 활성화 가능성이 높으며, 융합 간격이 10 kpc에서 1 kpc로 감소함에 따라 이중 AGN 활성화 확률이 증가할 가능성이 있다.
• 이중 AGN 후보에서 예측된 대비 실제 X선 카운트 간의 괴리 현상은 더 깊은 X선 관측과 이중 AGN에 대한 재보정된 [O III]에서 딱정광선으로의 스케일링 관계가 필요하다는 점을 시사한다.