[논문 리뷰] Modeling optical and UV polarization of AGNs

P. A. Rojas Lobos, R. W. Goosmann외 2명|arXiv (Cornell University)|2017. 12. 04.

Astrophysical Phenomena and Observations인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 시간에 따라 변화하는 복사전달 시뮬레이션을 사용하여 AGN에서의 편광 시간 지연을 모델링하여 다양한 관측 각도와 기하학적 구조에서의 편광 지연을 예측한다. 유형 2 AGN은 먼지로 이루어진 덩어리로 이루어진 구조에서의 산산이 흩广大群众으로 인해 유형 1보다 훨씬 긴 편광 지연을 보이며, 극방향 이온화 풍과 적도 평면의 산산이 흩广大群众 고리에 의해 추가적인 지연이 발생한다. 이는 AGN 내부 기하학에 대한 새로운 지질학적 제약 조건을 제공한다.

ABSTRACT

Optical observations cannot resolve the structure of active galactic nuclei (AGN), and a unified model for AGN was inferred mostly from indirect methods. Optical reverberation mapping allowed us to constrain the spatial dimension of the broad emission line region and thereby to measure the mass of supermassive black holes. Recently, reverberation was also applied to the polarized signal emerging from different AGN components. In principle, this should allow us to measure the spatial dimensions of the sub-parsec reprocessing media. We modeled scattering-induced polarization and tested different geometries for the circumnuclear dust component. Our tests included the effects of clumpiness and different dust prescriptions. To further extend the model, we also explored the effects of additional ionized winds stretched along the polar direction, and of an equatorial scattering ring that is responsible for the polarization angle observed in pole-on AGN. The simulations were run using a time-dependent version of the {\sc stokes} code. Our modeling confirms the previously found polarization characteristics as a function of the observer`s viewing angle. When the dust adopts a flared-disk geometry, the lags reveal a clear difference between type 1 and type 2 AGN. This distinction is less clear for a torus geometry where the time lag is more sensitive to the geometry and optical depth of the inner surface layers of the funnel. The presence of a scattering equatorial ring and ionized outflows increased the recorded polarization time lags, and the polar outflows smooths out dependence on viewing angle. Together with other AGN observables, the polarization time lag places new, independent constraints on the inner geometry of AGN. If we conduct time-dependent spectropolarimetric observing campaigns of AGN, this method has a high potential for a census of supermassive black holes.

연구 동기 및 목표

• 관측 각도와 기하학적 구조에 따라 AGN에서의 편광 반사 지연을 모델링하여 시간 영역 제약 조건을 추가한 통합 모델을 확장한다.
• 다양한 먼지 분포(기울어진 디스크 대비 토러스)와 덩어리 구조가 편광 시간 지연에 미치는 영향을 조사한다.
• 극방향 이온화 풍과 적도 평면 산산이 흩广大群众 고리가 편광 지연 특성에 미치는 영향을 평가한다.
• AGN의 나노초 단위 구조를 탐색하기 위한 시간에 따라 변화하는 스펙트로편광 캠페인에 대한 이론적 예측을 제공한다.
• 편광 시간 지연을 독립적인 지질학적 도구로 삼아 AGN 재처리 매체의 공간적 치수를 제약 조건으로 설정한다.

제안 방법

• AGN 구성 요소의 복사전달과 편광을 시뮬레이션하기 위해 시간에 따라 변화하는 Stokes 코드의 변형을 사용한다.
• 다양한 광학 두께와 덩어리 구조를 가진 기울어진 디스크와 토러스 형태의 먼지 기하학을 테스트한다.
• 변동 가능한 광학 두께(τ = 0.1–0.3)를 가진 적도 평면 전자 고리와 극방향 이온화 풍의 산산이 흩广大群众을 통합한다.
• 다양한 관측자 기울기 각도에 대해 총 강도에 대한 편광도, 위치각 및 시간 지연을 시뮬레이션한다.
• NGC 4151에서 관측된 편광 지연과 모델 출력을 비교하여 파rameter를 校정하고 예측의 타당성을 검증한다.
• 기하학, 광학 두께, 관측 각도에 따른 시간 지연의 의존성을 분석하여 구조적 특징을 분리한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기울어진 디스크 대비 토러스 형태의 다양한 먼지 기하학이 AGN에서의 편광 시간 지연에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 덩어리 구조와 광학 두께는 유형 1과 유형 2 AGN에서 편광 시간 지연을 어떻게 형성하는가?
• RQ3 극방향 이온화 풍과 적도 평면 산산이 흩广大群众 고리는 편광 시간 지연의 크기와 안정성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 편광 시간 지연은 서로 다른 AGN 기하학 모델을 얼마나 잘 구분할 수 있으며, 모델의 다중해를 줄일 수 있는가?
• RQ5 편광 반사 지연은 넓은 선 영역과 산산이 흩广大群众 영역의 공간적 구조를 지질학적으로 탐색하는 데 사용될 수 있는가?

주요 결과

• 유형 2 AGN은 기울어진 디스크나 토러스 형태의 밀도 높은 덩어리로 이루어진 먼지 구조에서의 다중 산산이 흩广大群众로 인해 유형 1보다 훨씬 긴 편광 시간 지연을 보이며, 지연은 최대 5–10배 길 수 있다.
• 기울어진 디스크 먼지 기하학은 유형 1과 유형 2 AGN 간의 편광 시간 지연에서 명확한 차이를 보이며, 반면 토러스 기하학은 내부 표면의 광학 두께와 기하학에 민감하여 유형 간 차이가 덜 두드러진다.
• 먼지 분포의 덩어리 구조는 특히 유형 2 관측 각도에서 경로 길이와 산산이 흩广大群众 확률이 증가하여 편광 시간 지연을 증가시킨다.
• 극방향 이온화 풍은 시간 지연을 증가시키고 관측 각도 의존성을 줄이며, 특히 높은 광학 두께(τ = 0.3)에서 효과적으로 편광 응답을 매끄럽게 한다.
• 적도 평면 산산이 흩广大群众 고리는 산산이 흩广大群众된 광자를 직접 극축으로 빠져나가게 하여 유형 1 기울기에서 시간 지연을 감소시키고, 효과적인 경로 길이를 단축시킨다.
• 적도 고리와 극방향 풍의 조합은 지역 AGN에서 관측된 값과 일치하는 편광도와 위치각을 안정화시키며, 모델의 현실성 향상에 기여한다.