[논문 리뷰] Probing the Wind Component of Radio Emission in Luminous High-Redshift Quasars

Gordon T. Richards, Trevor V. McCaffrey외 5명|arXiv (Cornell University)|2021. 06. 14.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 141인용 수 19

한 줄 요약

이 연구는 깊은 3-GHz VLA 및 LOFAR 설문 조사 관측을 통해 밝고 고적색이 이격된 비방사선 퀘이사에서의 응집원추적 바람 충격이 전파 방출에 기여하는지를 탐구한다. 전파 탐지 비율이 C IV 방출선 특성과 비선형적으로 상관됨을 발견하여, 항성 형성, 약한 제트, 코로나, 바람 유도 충격 등 다양한 전파 방출 기원이 에딩턴 비율에 따라 달라지며, 높은 빛의 퀘이사에서는 바람 관련 충격이 중요한 기여를 한다고 시사한다.

ABSTRACT

We discuss a probe of the contribution of wind-related shocks to the radio emission in otherwise radio-quiet quasars. Given 1) the non-linear correlation between UV and X-ray luminosity in quasars, 2) that such correlation leads to higher likelihood of radiation-line-driven winds in more luminous quasars, and 3) that luminous quasars are more abundant at high redshift, deep radio observations of high-redshift quasars are needed to probe potential contributions from accretion disk winds. We target a sample of 50 $z\simeq 1.65$ color-selected quasars that span the range of expected accretion disk wind properties as traced by broad CIV emission. 3-GHz observations with the Very Large Array to an rms of $\approx10\mu$Jy beam$^{-1}$ probe to star formation rates of $\approx400\,M_{ m Sun}\,{ m yr}^{-1}$, leading to 22 detections. Supplementing these pointed observations are survey data of 388 sources from the LOFAR Two-metre Sky Survey Data Release 1 that reach comparable depth (for a typical radio spectral index), where 123 sources are detected. These combined observations reveal a radio detection fraction that is a non-linear function of \civ\ emission-line properties and suggest that the data may require multiple origins of radio emission in radio-quiet quasars. We find evidence for radio emission from weak jets or coronae in radio-quiet quasars with low Eddingtion ratios, with either (or both) star formation and accretion disk winds playing an important role in optically luminous quasars and correlated with increasing Eddington ratio. Additional pointed radio observations are needed to fully establish the nature of radio emission in radio-quiet quasars.

연구 동기 및 목표

• 비방사선 퀘이사, 특히 고적색에서 바람 관련 충격이 전파 방출에 기여하는지 테스트하기.
• 응집원추적 바람 특성에 따라 전파 방출 기원(예: 항성 형성, 제트, 코로나, 충격)이 어떻게 변화하는지 규명하기.
• 높은 빛, 고적색 퀘이사에서의 전파 탐지 비율이 C IV 방출선 진단(예: 등가폭과 블루시프트)과 비선형적으로 상관되는지 평가하기.
• 비방사선 퀘이사에서 약한 전파 방출이 항성 형성에 의해 유일하게 지배된다는 가정을 도전하기 위해, 바람 충격과 같은 대안적 기원을 탐색하기.

제안 방법

• 다양한 C IV 방출선 특성을 가진 50개의 z ≈ 1.65 색 선택 퀘이사를 대상으로 3-GHz Very Large Array (VLA) 정점 관측을 실시하여 약 10 µJy beam⁻¹의 루즈 깊이를 확보함.
• 388개의 소스를 LOFAR Two-metre Sky Survey Data Release 1에서 보강하여 일반적인 전파 스펙트럼 지수와 유사한 깊이를 확보함.
• 응집원추적 바람 강도의 대체 지표로 C IV 방출선 파aram터—등가폭과 고유 파장 대비 블루시프트—를 사용함.
• 노이즈가 많은 데이터에서 신뢰성 있는 C IV 방출 파aram터를 유도하기 위해 독립성 성분 분석(ICA)을 적용함.
• 전파 탐지 비율과 빛의 세기를 C IV 진단과 연관지어 비선형적 경향을 분석하여 다중 방출 메커니즘의 징후를 식별함.
• 원격 적외선 SFR 추정치를 통해 항성 형성의 역할을 평가하고, AGN에 의해 가열된-dust가 SFR 지표에 미치는 잠재적 편향을 고려함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고적색, 비방사선 퀘이사에서 전파 탐지 비율이 C IV 방출선 특성과 비선형적으로 상관되는가? 이는 다중 방출 메커니즘을 시사하는가?
• RQ2 높은 에딩턴 비율을 가진 높은 빛, 고적색 퀘이사에서 바람 유도 충격이 전파 방출에 기여하는 증거가 있는가?
• RQ3 항성 형성, 약한 제트, 코로나, 바람 충격이 전파 방출에 기여하는 비율은 퀘이사 응집원추적 특성에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ4 이 퀘이사의 은하 주변에서 AGN에 의해 가열된 먼지가 원격 적외선 방출 기반 SFR 추정치에 얼마나 큰 편향을 초래하는가?

주요 결과

• 표본에서 전파 탐지 비율은 C IV 방출선 특성에 대해 비선형 함수로 나타나, 비방사선 퀘이사에서 다중 전파 방출 메커니즘이 공존함을 시사한다.
• 낮은 에딩턴 비율을 가진 퀘이사는 약한 제트 또는 코로나 방출의 증거를 보이며, 높은 에딩턴 비율을 가진 퀘이사는 항성 형성과 바람 유도 충격 모두와 강한 상관관계를 보인다.
• 데이터는 높은 에딩턴 비율에서 바람 관련 충격이 높은 빛 퀘이사의 전파 방출에 중요한 기여를 한다고 시사한다.
• 비탐지 결과는 AGN에 의해 가열된 먼지가 원격 적외선 SFR 추정치에 편향을 주지 않는 한 항성 형성만을 고려한 모델과 일치하지만, 이는 바람 기여가 숨겨져 있을 가능성을 시사한다.
• 관측된 경향은 전파 방출의 유일한 주요 기원이 아니며, 비방사선 퀘이사의 전파 방출을 다중 구성 요소 모델링이 필요로 함을 시사한다.
• 향후 연구에서는 더 깊고 고해상도 관측을 통해 밀집 제트를 탐지하고, 스펙트럼 지수 분석(예: VLASS 데이터 사용)을 통해 온도가 높은 vs. 낮은 전파 방출 성분을 구분해야 한다.