[논문 리뷰] Nuclear activity in nearby galaxies: Mid-infrared imaging with the VLT

R. Siebenmorgen, Martin Haas외 8명|ArXiv.org|2008. 05. 21.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 63인용 수 16

한 줄 요약

이 연구는 0.35" 공간 해상도를 가진 VLT의 VISIR 기구를 이용한 고해상도 중간적외선 영상으로, 근접은하에서 활성은하핵(AGN)과 성간활동을 구분한다. AGN는 일관되게 날카롭고 해상도가 떨어지며, 성간활동은 확장된 발광을 보이며, 8m급 망원경을 사용해 최대 100 Mpc까지 핵의 중간적외선 표면 brightness를 통해 명확히 분리 가능하다.

ABSTRACT

Dust enshrouded activity can ideally be studied by mid-infrared (MIR) observations. In order to explore the AGN versus star forming origin of the nuclear MIR emission of galaxies, observations of high spatial resolution are required. Here we report on 11.3mic. observations with VISIR at the VLT, reaching 0.35'' spatial resolution (FWHM). During the scientific verification of VISIR we have observed a sample of 36 nearby galaxies having a variety of optically classified nuclear activity: 17 black hole driven active galactic nuclei (AGN), 10 starbursts (SBs) and 9 quiet spirals. 16/17 AGN are detected and unresolved, 5/10 SBs are detected and resolved with structured emission up to a few arcsec, while for 5/10 SB and all 9 quiet nuclei low upper limits are provided. The morphology of the resolved SB nuclei follows that seen at radio frequencies. The compactness of AGN and the extent of the SB nuclei is consistent with predictions from radiative transfer models and with MIR spectra of lower spatial resolution. We explore the nuclear MIR surface brightness as a quantitative measure. While AGN and SB cannot be distinguished with MIR data from 4m class telescopes, our data provide evidence that, up to a distance of 100 Mpc, AGN and SB can well be separated by means of MIR surface brightness when using 8m class telescopes.

연구 동기 및 목표

• 근접은하의 핵의 중간적외선(MIR) 복사원인을 AGN와 성간활동으로 구분함으로써 그 기원을 규명하는 것.
• 저해상도 MIR 데이터에서 확장된 은하 복사로 인한 오염 문제를 고해상도 관측으로 해결하는 것.
• 8m급 망원경을 사용할 때까지 최대 100 Mpc 거리에서 핵의 MIR 표면 brightness가 AGN와 성간활동을 신뢰성 있게 분리할 수 있는지 시험하는 것.
• MIR 형태학적 특징을 방사체전달 모델 및 라디오파이어 간섭계 지도와 비교하여 검증하는 것.
• 이전 저해상도 조사에서 놓친, 잠재적인 나선은하에서의 희미하고 저광도의 핵의 성간활동을 탐지하는 것.

제안 방법

• 좋은 천체 조건에서 0.35" FWHM 공간 해상도를 확보한 VLT의 VISIR 기구를 이용해 11.3 µm 영상 관측을 수행.
• 100 Mpc 이내의 거리에 위치한 36개의 근접은하(17개 AGN, 10개 성간활동, 9개 잠재적 나선은하) 샘플을 관측.
• 열배경을 제거하고 노이즈를 줄이기 위해 16" 진폭의 원천 중심 채핑 및 노딩을 적용.
• 검출되지 않은 경우 3σ 상한선을 사용해 통합 광도와 소스 크기를 측정.
• 검출되지 않은 경우 3σ 상한선을 사용해 핵의 MIR 표면 brightness를 측정.
• MIR 형태학적 특징을 라디오 연속 스펙트럼 지도(VLA) 및 방사체전달 모델과 비교하여 AGN와 성간활동 기원을 검증.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고해상도 중간적외선 영상으로 근접은하의 핵 MIR 복사의 진정한 성격을 규명할 수 있는가?
• RQ2 0.35" 해상도에서 AGN와 성간활동 핵은 중간적외선 영상에서 서로 다른 형태학적 특징을 보이는가?
• RQ3 8m급 망원경을 사용할 때 핵의 중간적외선 표면 brightness가 AGN와 성간활동을 신뢰성 있게 분리할 수 있는가?
• RQ4 잠재적인 나선은하에서 희미하고 밀집된 핵 발광이 저광도 성간활동과 일치하는 증거가 있는가?
• RQ5 성간활동과 AGN 핵의 MIR 형태학적 특징은 라디오파이어 간섭계 지도 및 방사체전달 모델과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 17개 AGN 중 16개가 검출되었고, 모두 해상도가 떨어지는 날카운 형태를 보였으며, 핵의 MIR 표면 brightness는 20,000 L⊙/pc² 이상이었고, 이는 AGN 모델과 일치했다.
• 10개 성간활동 중 5개는 확장된 MIR 발광이 관측되어 해상도가 떨어졌고, 최대 몇 초각까지 확장되었으며, 나머지 5개는 3σ 한계 이하인 1.6 mJy 이하로 검출되지 않았다.
• 해상도가 떨어진 성간활동 핵의 형태는 라디오 연속 방출과 밀도 있게 일치하여, 밀집된 HII 영역에서 기인하는 공통의 MIR 및 라디오 방출을 확인했다.
• NGC 1482의 경우 핵이 총 MIR 복사의 최대 25% 기여했으며, 대부분의 복사는 확장된 성간활동 영역에서 유래했다.
• AGN의 MIR 표면 brightness는 높고 날카롭게 집중되어 있는 반면, 성간활동의 표면 brightness는 훨씬 낮고 공간적으로 확장되어 있었다.
• 이 연구는 8m급 망원경을 사용할 때까지 최대 100 Mpc 거리에서 핵의 MIR 표면 brightness가 AGN와 성간활동을 신뢰성 있게 분리하는 데 효과적인 지표임을 확인했다.