[논문 리뷰] The Elusive Active Nucleus of NGC 4945

A. Marconi, E. Oliva외 5명|arXiv (Cornell University)|2000. 02. 11.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 활성핵이 매우 은폐된 근접한 별폭풍 은하인 NGC 4945를 허블 우주망원경 NICMOS 및 지상 기반 근적외선 및 중적외선 관측을 통해 조사한다. 근적외선에서 AGN의 징후(점원형 소스 또는 CO 특성의 희석)가 검출되지 않았음에도 불구하고, 강력하고 변동성이 있는 딱딱한 X선 방출이 관측되며, 이는 모든 방향으로 완전히 은폐된 또는 자외선 대비 X선이 부족한 AGN이 존재함을 시사하며, 기존 AGN 모델에 도전하며 강력한 AGN가 적외선 파장에서 감지되지 않을 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We present new HST NICMOS observations of NGC 4945, a starburst galaxy hosting a highly obscured active nucleus that is one of the brightest extragalactic sources at 100 keV. The HST data are complemented with ground based [FeII] line and mid--IR observations. A 100pc-scale starburst ring is detected in Pa alpha, while H_2 traces the walls of a super bubble opened by supernova-driven winds. The conically shaped cavity is particularly prominent in Pa alpha equivalent width and in the Pa alpha/H_2 ratio. Continuum images are heavily affected by dust extinction and the nucleus of the galaxy is located in a highly reddened region with an elongated, disk-like morphology. No manifestation of the active nucleus is found, neither a strong point source nor dilution in CO stellar features, which are expected tracers of AGN activity. Even if no AGN traces are detected in the near-IR, with the currently available data it is still not possible to establish whether the bolometric luminosity of the object is powered by the AGN or by the starburst: we demonstrate that the two scenarios constitute equally viable alternatives. However, the absence of any signature other than in the hard X-rays implies that, in both scenarios, the AGN is non-standard: if it dominates, it must be obscured in all directions, conversely, if the starburst dominates, the AGN must lack UV photons with respect to X-rays. An important conclusion is that powerful AGNs can be hidden even at mid-infrared wavelengths and, therefore, the nature of luminous dusty galaxies cannot be always characterized by long-wavelength data alone but must be complemented with sensitive hard X-ray observations.

연구 동기 및 목표

• 강력한 딱딱한 X선 방출과 적외선 AGN 징후의 부재를 고려할 때, NGC 4945의 복합 빛의 강도가 활성 은하핵(AGN)인지 별폭풍인지를 규명하는 것.
• 강력한 X선 방출이 존재하는 동안에도 근적외선 및 중적외선 파장에서 감지되지 않는 매우 은폐된 AGN가 존재할 수 있는지 조사하는 것.
• 다중 파장 관측과 이론적 모델링을 통해 은하의 빛의 기원으로서 AGN 또는 별폭풍의 타당성을 평가하는 것.
• 표준 AGN 지표(예: 점원형 소스, CO 희석)의 부재가 극도로 은폐된 또는 자외선이 부족한 비표준 AGN를 의미하는지 평가하는 것.

제안 방법

• 고해상도 허블 우주망원경 NICMOS를 이용해 Paα 및 H₂ 방출선에서 핵의 형상과 이온화된 가스 및 분자 가스의 구조를 맵핑하였다.
• 지상 기반 근적외선 [Fe ii] 및 중적외선 관측을 HST 데이터와 융합하여 전체 적외선 스펙트럼 에너지 분포를 평가하였다.
• 근적외선 파장에서 연속 스펙트럼 이미지를 분석하여 먼지의 흡수를 확인하고, 강한 은폐 상태에도 불구하고 핵의 위치를 특정하였다.
• 별성 CO 특성의 희석 여부를 검토하여, 별폭풍 환경에서 AGN 활동의 지표로 알려진 특성을 확인하였다.
• 별성 형성 역사에 기반해 별폭풍이 복합 빛의 강도에 기여하는 정도를 추정하기 위해 별폭풍 모델을 적용하였다.
• BeppoSAX 및 이전 임무의 딱딱한 X선 데이터를 사용하여, 100 keV 이상에서 변동성이 있는 Compton 두꺼운 AGN의 존재를 확인하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 강력한 딱딱한 X선 방출이 존재하는 동안에도 근적외선 및 중적외선 파장에서 완전히 감지되지 않는 강력한 AGN가 존재할 수 있는가?
• RQ2 적외선 AGN 징후가 부재한 상황에서 NGC 4945의 복합 빛의 강도가 AGN에 의해 주로 결정되는가, 아니면 별폭풍에 의해 주로 결정되는가?
• RQ3 어떤 물리적 조건이 AGN가 적외선 진단법에서 감지되지 않지만 여전히 강력하고 변동성이 있는 딱딱한 X선 방출을 생성할 수 있도록 허용하는가?
• RQ4 점원형 소스나 CO 특성의 희석이 검출되지 않는다는 것은 AGN가 모든 시야 방향으로 은폐되어 있거나, 이례적으로 낮은 자외선 대비 X선 비율을 가졌다는 것을 의미하는가?

주요 결과

• 100 pc 규모의 별폭풍 고리가 Paα 방출선에서 명확히 확인되어 최근의 강력한 별 형성 활동을 시사한다.
• H₂ 방출선은 초신성에 의해 유도된 바람으로 인해 형성된 콘형 공동의 벽을 따라 흐름을 따라가며 핵 부근의 강력한 물질 분출을 확인한다.
• 핵은 매우 강한 붉어짐을 띤 길쭉한 먼지 테두리 내부에 위치해 있으며, HST 해상도에서도 근적외선 연속 스펙트럼에서 점원형 소스를 관측하지 못했다.
• CO 별성 특성에서 희석이 관측되지 않아 근적외선에서 별성 인구에 대한 AGN 기여가 미미함을 배제한다.
• 딱딱한 X선 방출은 변동성이 있으며 Compton 두꺼운 것으로 확인되었으며, NH = 5×10²⁴ cm⁻²로 나타나 강력한 AGN의 존재를 확인한다.
• 데이터는 두 가지 동등한 가능성이 있는 시나리오와 일치한다: 하나는 AGN가 복합 빛의 강도를 지배하지만 모든 방향으로 완전히 은폐되어 있는 경우이며, 다른 하나는 별폭풍이 지배하고 AGN는 X선 대비 자외선이 부족한 경우이다.