[논문 리뷰] Recurrent Activity in Active Galactic Nuclei

D. J. Saikia, M. Jamrozy|arXiv (Cornell University)|2010. 02. 09.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 6인용 수 25

한 줄 요약

이 논문은 활성은하핵(AGN)의 간헐적 활동에 대한 증거를 검토하며, 이중-이중 또는 삼중-이중 구조를 가진 라디오은하와 퀘이사에서의 라디오 로브의 스펙트럼 및 역학적 연령을 사용하여 반복적인 AGN 활동의 시간 스케일을 제약한다. 역설적-컴프턴 X선 방출이 간신히 살아남은 입자 집단을 추적할 수 있음을 강조하며, 레릭 라디오 로브를 식별하고 AGN 피드백 및 블랙홀 성장 이해를 위해 더 깊은 저주파수 및 X선 관측이 필요하다고 주장한다.

ABSTRACT

There has been a growing body of evidence to suggest that AGN activity, which is powered by mass accretion on to a supermasive black hole, could be episodic, although the range of time scales involved needs to be explored further. The structure and spectra of radio emission from radio galaxies, whose sizes range up to $\sim$5 Mpc, contain information on the history of AGN activity in the source. They thus provide a unique opportunity to study the time scales of recurrent AGN activity. The most striking examples of recurrent activity in radio galaxies and quasars are the double-double or triple-double radio sources which contain two or three pairs of distinct lobes on opposite sides of the parent optical object. Spectral and dynamical ages of these lobes could be used to constrain time scales of episodic activity. Inverse-Compton scattered cosmic microwave background radiation could in principle probe lower Lorentz-factor particles than radio observations of synchrotron emission, and thereby reveal an older population. We review briefly the radio continuum as well as molecular and atomic gas properties of radio sources which exhibit recurrent or episodic activity, and present a few cases of quasars which require further observations to confirm their episodic nature. We also illustrate evidence of episodic AGN activity in radio sources in clusters of galaxies.

연구 동기 및 목표

• 라디오은하와 퀘이사의 라디오 구조를 이용하여 반복적인 AGN 활동의 시간 스케일을 조사한다.
• 우주 마이크파온도배경 복사의 역설적-컴프턴 산란이 라디오 로브 내 오래된 낮은 에너지 입자 집단을 추적하는 데서 수행하는 역할을 평가한다.
• 이중-이중 및 삼중-이중 라디오 소스를 간헐적 활동의 핵심 사례로 식별하고 분석한다.
• 저주파수 라디오 및 깊은 X선 관측이 레릭 로브를 탐지하고 AGN 피드백의 역사를 이해하는 데서의 잠재력을 평가한다.
• 간헐적 AGN 활동과 은하계의 진화, 특히 항성 형성과 블랙홀 성장 간의 관계를 탐색한다.

제안 방법

• 다중 로브 쌍을 가진 라디오은하와 퀘이사의 라디오 연속방출을 분석하여 AGN 활동의 역사를 추론한다.
• 스펙트럼 기울기 측정과 역학적 연령 추정을 사용하여 AGN 분출 간의 간격을 결정한다.
• 역설적-컴프턴 X선 방출 모델링을 적용하여 라디오 관측에서 보이지 않는 오래된 저에너지 전자 집단을 탐지한다.
• 저주파수 및 고주파수에서의 편광 및 회전 체수 데이터를 검토하여 자기장 구조와 코코너 구조를 탐색한다.
• 관측된 라디오 및 X선 형태를 제트 형성, 빔화, 은하간/은하단 매질과의 상호작용 이론 모델과 비교한다.
• GMRT, LOFAR, ROSAT, Chandra의 암시자료를 활용하여 J0041+3224 및 3C236와 같은 소스의 레릭 로브와 핫스팟을 식별하고 특성화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 라디오 로브의 스펙트럼 및 역학적 연령을 통해 유추된 간헐적 AGN 활동에 관여하는 시간 스케일은 무엇인가?
• RQ2 우주 마이크파온도배경 복사의 역설적-컴프턴 X선 방출은 라디오 로브 내 오래된 입자 집단을 어떻게 드러내는가?
• RQ3 왜 이중-이중 라디오 소스는 희귀한가? 그리고 다중, 명백한 로브 쌍의 형성에 유리한 물리적 조건은 무엇인가?
• RQ4 내부 로브와 외부 로브의 주입 스펙트럼 기울기 사이의 비교는 중심 엔진 근처의 입자 가속에 대해 무엇을 시사하는가?
• RQ5 깊은 저주파수 및 X선 관측이 레릭 로브를 탐지하고 AGN 피드백의 역사를 추적하는 데 얼마나 기여하는가?

주요 결과

• J0041+3224 및 3C236와 같은 이중-이중 및 삼중-이중 라디오 소스는 여러 차례의 제트 분출을 포함하는 반복적인 AGN 활동에 대한 강력한 증거를 제공한다.
• J0041+3224의 내부 이중은 1400 MHz에서 외부 이중보다 더 밝으며, 일반적으로 더 오래된 외부 로브가 더 밝은 것으로 여겨지는 전통적 모델에 도전한다.
• 일부 소스에서 내부 및 외부 이중의 스펙트럼 기울기가 유사한 것은 주입 스펙트럼 기울기가 라디오 로브가 아닌 중심 엔진 근처에서 결정될 수 있음을 시사한다.
• 역설적-컴프턴 X선 방출은 6C 0905+3955와 같은 거대 라디오 소스에서 직접 관측되었으며, 오래된 싱크로트론 플라즈마를 추적하는 데의 유용성을 확인한다.
• 고적색도에서 거대 라디오 소스의 부족은 역설적-컴프턴 산란에 의한 복사 손실 때문일 수 있으며, 이는 브릿지 및 로브 방출에 영향을 준다.
• 깊은 X선 및 저주파수 라디오 스카우트(예: GMRT 및 LOFAR)는 더 많은 레릭 로브를 드러내고 AGN 활동의 도우팅 사이클 제약을 향상시킬 것으로 기대된다.