[논문 리뷰] Self-consistent 2-phase AGN torus models: SED library for observers

R. Siebenmorgen, Frank Heymann외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 08. 18.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 119인용 수 55

한 줄 요약

이 논문은 적외선에서 마이크로파에 이르는 스펙트럼 에너지 분포(SpE)를 예측하기 위해 덩어리지고 부드러운 먼지 성분을 조합한 자기일관성 있는 2상태 AGN 토러스 모델 라이브러리를 제시한다. 3차원 복사전달과 풍성한 먼지 입자를 사용하여, 관측된 실리케이트 특징, 중간 적외선 색깔, AGN의 SED를 정확히 재현한다. 순수한 AGN 모델만으로도 항성 형성 활동을 고려하지 않아도 빛나는 천체를 설명할 수 있음을 보여주며, SED 피팅 및 본질적 빛의 세기 보정을 위한 공개 SED 라이브러리를 제공한다.

ABSTRACT

We assume that dust near active galactic nuclei (AGN) is distributed in a torus-like geometry, which may be described by a clumpy medium or a homogeneous disk or as a combination of the two (i.e. a 2-phase medium). The dust particles considered are fluffy and have higher submillimeter emissivities than grains in the diffuse ISM. The dust-photon interaction is treated in a fully self-consistent three dimensional radiative transfer code. We provide an AGN library of spectral energy distributions (SEDs). Its purpose is to quickly obtain estimates of the basic parameters of the AGN, such as the intrinsic luminosity of the central source, the viewing angle, the inner radius, the volume filling factor and optical depth of the clouds, and the optical depth of the disk midplane, and to predict the flux at yet unobserved wavelengths. The procedure is simple and consists of finding an element in the library that matches the observations. We discuss the general properties of the models and in particular the 10mic. silicate band. The AGN library accounts well for the observed scatter of the feature strengths and wavelengths of the peak emission. AGN extinction curves are discussed and we find that there is no direct one-to-one link between the observed extinction and the wavelength dependence of the dust cross sections. We show that objects of the library cover the observed range of mid IR colors of known AGN. The validity of the approach is demonstrated by matching the SEDs of a number of representative objects: Four Seyferts and two quasars for which we present new Herschel photometry, two radio galaxies, and one hyperluminous infrared galaxy. Strikingly, for the five luminous objects we find pure AGN models fit the SED without a need to postulate starburst activity.

연구 동기 및 목표

• 관측된 SED를 재현하기 위해 덩어리지고 부드러운 먼지 성분을 조합한 물리적으로 자기일관성 있는 2상태 AGN 토러스 모델을 개발하는 것.
• 풍성한 먼지 입자를 사용하여 관측된 실리케이트 특징 강도의 산란과 피크 파장(10–11.5 µm)을 설명하는 것.
• 관측된 AGN의 본질적 빛의 세기, 관측 각도, 내부 반경, 투과도 등의 주요 파arameter를 신속하게 추정할 수 있도록 공개 SED 라이브러리를 제공하는 것.
• 순수한 AGN 모델이 항성 형성 활동을 고려하지 않아도 빛나는 AGN의 SED를 설명할 수 있는지 테스트하는 것.
• 특히 관측된 흡수 곡선과 먼지 단면적의 파장 의존성 간의 연관성에 대한 해석의 타당성을 평가하는 것.

제안 방법

• 자기일관된 방식으로 먼지-광자 상호작용을 모델링하기 위해 3차원 복사전달 코드를 사용하였으며, 덩어리지고 부드러운(디스크) 성분을 모두 포함시켰다.
• 일반적인 은하간 먼지보다 더 높은 마이크로파 영역에서의 방출성을 가진 풍성한 먼지 입자를 사용하여, 특히 1 mm에서 흡수 단면적이 최대 10배까지 증가하는 결과를 얻었다.
• 관측 각도, 내부 반경, 체적 충진률, 클라우드의 투과도, 디스크 중면의 투과도 등 광범위한 모델 파arameter를 포함한 종합적인 SED 라이브러리를 생성하였다.
• 헤르슐 위성의 광학적 측정과 지상 천체망원경에서의 고해상도 중간 적외선 스펙트럼을 기반으로 모델을 校정하였으며, 네 개의 세이퍼트와 두 개의 퀘이사에 대한 새로운 데이터를 포함하였다.
• 간단한 매칭 절차를 적용: 관측된 SED에 대해 라이브러리 내에서 가장 잘 맞는 모델 요소를 식별하여 물리적 파arameter를 추론하였다.
• 광선 스캐터링이 빔 내에서 관측된 흡수 곡선에 미치는 영향을 평가하여, 관측된 흡수 곡선과 먼지 단면적의 파장 의존성 간에 직접적인 일대일 대응이 없음을 보였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 덩어리지고 부드러운 성분을 모두 포함한 2상태 AGN 토러스 모델이 관측된 실리케이트 특징 강도와 피크 파장의 산란을 재현할 수 있는가?
• RQ2 순수한 AGN 모델이 항성 형성 기여 없이 빛나는 AGN의 SED를 어느 정도 설명할 수 있는가?
• RQ3 풍성한 먼지 입자를 사용할 경우, 특히 원거리 적외선 및 마이크로파 영역에서 예측된 SED에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 관측된 흡수 곡선과 먼지 단면적의 파장 의존성 간에 직접적인 일대일 대응이 존재하는가?
• RQ5 SED 라이브러리가 알려진 AGN 샘플의 중간 적외선 색깔을 정확히 재현할 수 있는가?

주요 결과

• SED 라이브러리는 실리케이트 특징 강도와 피크 파장의 관측 산란을 성공적으로 재현하였으며, 풍성한 먼지 입자를 사용할 경우 피크 방출이 약 11.5 µm로 이동하여, ISM 먼지(10.4 µm)보다 관측치에 더 가까워졌다.
• 다섯 개의 빛나는 AGN에 대해 순수한 AGN 모델이 항성 형성 활동을 고려하지 않아도 SED를 잘 맞추었으며, 항성 형성 기여는 AGN 빛의 세기의 약 3–33% 수준(일般적으로 약 15%)이었다.
• 빔 내에서 광선 스캐터링은 관측된 흡수 곡선의 파장 의존성을 변화시킬 수 있으며, 이는 관측된 흡수 곡선과 먼지 단면적의 파장 의존성 간에 직접적인 일대일 대응이 없음을 시사한다. 이는 단지 흡수 곡선만으로 먼지 입자의 성장 여부를 추론하는 것에 주의를 기울일 것을 경고한다.
• 라이브러리는 AGN에서 관측된 전체 중간 적외선 색깔 범위를 커버하여 그 실용적 타당성을 검증하였다.
• 모델은 얼굴이 보이는 시야에서 디스크 성분의 추가적인 뜨거운 먼지로 인해 근적외선 복사가 최대 10배까지 증가할 수 있음을 예측한다.
• http://www.eso.org/~rsiebenm/AGN/ 에 공개된 SED 라이브러리는 관측된(현저한) 빛의 세기에서 본질적 AGN 빛의 세기를 정확하게 추정할 수 있도록 하며, 스피처 이후 및 헤르슐 이후의 SED 분석을 지원한다.