[논문 리뷰] The Far-Infrared emission of Radio Loud and Radio Quiet Quasars

M. Polletta, T. Courvoisier외 2명|arXiv (Cornell University)|2000. 06. 21.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 5인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 ISO, IRAM, SCUBA, ESO 등의 다중 파장 데이터를 사용하여 라디오-강한, 라디오-중간, 라디오-약한 유형을 포함한 22개의 퀘이사의 적외선에서 라디오에 이르는 스펙트럼 에너지 분포(SpE)를 분석한다. 그 결과, AGN의 가시광자/자외선 복사에 의해 가열된 열적 먼지 방출이 모든 퀘이사에서 중간-적외선에서 우세한 것으로 나타났다. 유일한 예외는 평탄한 스펙트럼 라디오-강한 퀘이사(FSRQ)로, 여기서는 비열적 싱크로트론 방출이 열적 성분을 가리켜 버린다. 라디오 뚜렷성의 유형에 관계없이 먼지 성질(온도, 질량, 크기, 빛나는 정도)은 통계적으로 구별되지 않으며, 이는 라디오 뚜렷성과 관계없이 동일한 AGN 외부 구조를 가짐을 시사한다.

ABSTRACT

Continuum observations at radio, millimetre, infrared and soft X-ray energies are presented for a sample of 22 quasars, consisting of flat and steep spectrum radio loud, radio intermediate and radio quiet objects. The primary observational distinctions, among the different kinds of quasars in the radio and IR energy domains are studied using large observational datasets provided by ISOPHOT on board the Infrared Space Observatory, by the IRAM interferometer, by the sub-millimetre array SCUBA on JCMT, and by the European Southern Observatory (ESO) facilities IRAC1 on the 2.2 m telescope and SEST. The spectral energy distributions of all quasars from radio to IR energies are analyzed and modeled with non-thermal and thermal spectral components. The dominant mechanism emitting in the far/mid-IR is thermal dust emission in all quasars, with the exception of flat spectrum radio loud quasars for which the presence of thermal IR emission remains rather uncertain, since it is difficult to separate it from the bright non-thermal component. The dust is predominantly heated by the optical/ultraviolet radiation emitted from the external components of the AGN. A starburst contributes to the IR emission at different levels, but always less than the AGN (< 27%). The distribution of temperatures, sizes, masses, and luminosities of the emitting dust are independent of the quasar type.

연구 동기 및 목표

• 다양한 라디오 빛나는 정도를 가진 퀘이사에서 적외선 및 중간-적외선 영역의 주요 방출 메커니즘을 규명하는 것.
• 라디오-강한, 라디오-중간, 라디오-약한 퀘이사 간 먼지 성질(온도, 질량, 크기, 빛나는 정도)에 유의미한 차이가 있는지 평가하는 것.
• 특히 평탄한 스펙트럼 라디오-강한 퀘이사에서 비열적(싱크로트론)과 열적(먼지) 성분 간의 상호작용을 조사하는 것.
• 다양한 퀘이사 유형에서 별성폭발이 적외선 방출에 기여하는 정도를 AGN 기여도와 비교 평가하는 것.
• 관측된 라디오 빛나는 정도의 차이가 중심 엔진의 본질적 차이인지 또는 환경적 요인인지 테스트하는 것.

제안 방법

• ISO의 ISOPHOT, IRAM 간섭계, JCMT의 SCUBA, ESO 2.2m 망원경의 IRAC1, SEST를 이용해 라디오에서 연한 X선 영역까지의 다중 파장 연속 스펙트럼 관측을 수행하였다.
• 라디오에서 적외선에 이르는 스펙트럼 에너지 분포(SED)를 구성하고, 비열적(싱크로트론) 및 열적(그레이바디) 성분을 사용하여 모델링하였다.
• 적외선 및 밀리미터파 대역 간의 스펙트럼 기울기(Fν ∝ ν^α)를 사용하여 열적(α > 2.5)과 비열적(α < 2.5) 방출을 구분하였으며, 변동성 및 편광을 추가로 확인하였다.
• 라디오 데이터에서 비열적 싱크로트론 성분을 외삽하여 적외선 영역에서의 기여도를 추정하고, 잔여 열적 방출을 분리하였다.
• 비열적 성분을 제거한 후 관측된 적외선 데이터에 그레이바디 함수를 적합시켜 먼지 온도, 질량, 크기, 빛나는 정도를 유도하였다.
• 각 퀘이사 유형 간 빛나는 정도와 물리적 파arameter를 비교하여 먼지 성질과 방출 메커니즘의 통계적 차이를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 라디오-강한, 라디오-중간, 라디오-약한 퀘이사에서 적외선 및 중간-적외선 영역의 주요 방출 메커니즘은 무엇인가요?
• RQ2 다양한 라디오 뚜렷성의 퀘이사 유형 간 먼지의 물리적 성질(온도, 질량, 크기, 빛나는 정도)에 유의미한 차이가 있는가요?
• RQ3 이 퀘이사들에서 별성폭발은 적외선 방출에 얼마나 기여하며, AGN 기여도와 비교해 유사한지 또는 더 작은가요?
• RQ4 밝고 평탄한 스펙트럼을 가진 비열적 성분이 평탄한 스펙트럼 라디오-강한 퀘이사에서 열적 먼지 방출의 탐지 및 해석에 어떤 영향을 미치나요?
• RQ5 라디오-강한 퀴사와 라디오-약한 퀴사 간에 관측된 라디오 빛나는 정도의 차이는 중심 엔진의 차이인지, 환경적 요인인지에 기인한 것인가요?

주요 결과

• 광학/자외선 복사에 의해 가열된 열적 먼지 방출이 모든 퀘이사에서 중간-적외선 및 적외선 영역에서 주요 메커니즘이다. 평탄한 스펙트럼 라디오-강한 퀘이사(FSRQ)를 제외한 모든 경우에서 그렇다. FSRQ에서는 비열적 싱크로트론 성분이 지배적이며 열적 성분을 가리킨다.
• 추정된 먼지 온도는 43 K에서 1900 K 사이이며, 크기는 0.06 pc에서 9.0 kpc 사이, 질량은 6 × 10⁴ M⊙에서 4 × 10⁷ M⊙ 사이이며, 퀘이사 유형 간에 유의미한 차이가 없다.
• 그레이바디 성분을 통합하여 유도한 총 적외선 빛나는 정도는 2 × 10¹¹ L⊙에서 760 × 10¹¹ L⊙ 사이로, 라디오-강한, 중간, 약한 퀘이사 간에 통계적으로 유의미한 변동이 없었다.
• 별성폭발 기여도는 항상 총 방출량의 27% 이하였으며, 이는 모든 퀘이사 유형에서 AGN이 적외선 출력을 지배함을 시사한다.
• 라디오 데이터에서 외삽한 비열적 싱크로트론 성분을 제거한 후 잔여 적외선 방출은 모든 퀘이사 유형에서 유사한 스펙트럼 형태와 빛나는 정도를 보였다. 이는 라디오 성질과 관계없이 동일한 특성을 가짐을 의미한다.
• 결과는 라디오-약한 퀘이사와 경사진 스펙트럼 라디오-강한 퀘이사 간의 주요 차이점이 내부 핵 영역에 있으며, 후자의 경우 연한 X선 및 고에너지 방출이 더 강하다는 점에서 기인하는 것으로 나타났다. 반면 외부 AGN 및 먼지 성분은 유사하다.