[논문 리뷰] The Galaxy Activity, Torus and Outflow Survey (GATOS) I. ALMA images of dusty molecular tori in Seyfert galaxies

S. García‐Burillo, A. Alonso‐Herrero외 33명|arXiv (Cornell University)|2021. 04. 20.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 237인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 10개의 근접한 선프트 은하에서 먼지가 함유된 분자 토러스에 대한 최초의 고해상도 ALMA 관측을 제시하며, 토러스가 AGN 분출축에 수직으로 배열되어 있으며 중앙값 크기는 약 ~42 pc, 질량은 약 ~6×10⁵ M☉임을 밝혀냈다. 결과들은 X선 흡수 열두께와 분자 가스 열두께 사이에 강한 상관관계가 있음을 보여주며, 이는 토러스가 X선 은폐의 주요 원인임을 시사하며, 고광도 선프트 은하에서 AGN 피드백과 핵부 가스 결손 및 분출 간의 관련성을 제시한다.

ABSTRACT

We present the first results of the Galaxy Activity, Torus and Outflow Survey (GATOS), a project aimed at understanding the properties of the dusty molecular tori and their connection to the host galaxy in nearby Seyfert galaxies. Our project expands the range of AGN luminosities and Eddington ratios covered by previous surveys of Seyferts conducted by ALMA and allows us to study the gas feeding and feedback cycle in a combined sample of 19 Seyferts. We used ALMA to obtain new images of the emission of molecular gas and dust using the CO(3-2) and HCO+(4-3) lines as well as their underlying continuum emission at 870 microns with high spatial resolutions (0.1'' ~ 7 - 13 pc) in the CND of 10 nearby (D < 28 Mpc) Seyfert galaxies. Our new ALMA observations detect 870 micron continuum and CO line emission from spatially resolved disks located around the AGN in all the sources. The bulk of the continuum flux can be accounted for by thermal emission from dust in the majority of the targets. For most of the sources the disks show a preponderant orientation perpendicular to the AGN wind axes, as expected for dusty molecular tori. The median diameters and molecular gas masses of the tori are ~ 42 pc, and ~ 6 x 10**5 Msun, respectively. We find a positive correlation between the line-of-sight gas column densities responsible for the absorption of X-rays and the molecular gas column densities derived from CO towards the AGN in our sources. The radial distributions of molecular gas in the CND of our combined sample show signs of nuclear-scale molecular gas deficits. We also detect molecular outflows in the sources that show the most extreme nuclear-scale gas deficits in our sample. These observations find for the first time supporting evidence that the imprint of AGN feedback is more extreme in higher luminosity and/or higher Eddington ratio Seyfert galaxies.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 ALMA 관측을 통해 근접한 선프트 은하의 먼지가 함유된 분자 토러스의 구조와 정렬을 조사하기 위해.
• 토러스 내 분자 가스 열두께와 X선 흡수 열두께 사이의 관계를 규명하여 토러스가 AGN 은폐에 미치는 역할을 시험하기 위해.
• 선프트 은하의 순환핵 디스크에서 AGN 피드백, 핵부 가스 결손, 분자 분출 간의 관계를 탐색하기 위해.
• 이전 ALMA 관측에서 분자 토러스에 대해 다루어진 AGN 광도 및 에딩턴 비율의 범위를 확장하기 위해.
• 큰 척도 디스크와의 토러스 정렬 불일치가 AGN 피드백의 핵부 스케일 효율성에 어떤 영향을 미치는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 10개의 근접한 선프트 은하(거리 D < 28 Mpc)에 대해 고공간 해상도의 ALMA 관측을 870 μm 연속 및 CO(3–2), HCO⁺(4–3) 선에서 수행하였다.
• 관측 데이터는 순환핵 디스크(CND) 내 분자 가스와 먼지의 공간 분포, 질량, 운동학적 특성을 매핑하는 데 사용되었다.
• 먼지 연속 방출은 냉각 먼지의 열복사로 모델링되어 토러스 질량과 크기를 추정하는 데 사용되었다.
• X선 흡수 열두께를 CO 선 방출에서 유도된 분자 가스 열두께와 비교하여 은폐 메커니즘을 평가하였다.
• 핵부 스케일 분자 가스 결손을 탐지하기 위해 반경 방향 가스 표면 밀도 프로파일을 분석하였다.
• CO 및 HCO⁺ 선에서의 선형 비대칭성과 고속 방출을 통해 분출 신호를 식별하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 근접한 선프트 은하의 먼지가 함유된 분자 토러스의 공간적 구조와 정렬은 어떻게 되며, AGN 분출축과 어떻게 대응하는가?
• RQ2 토러스 내 분자 가스 열두께가 선프트 은하에서 관측된 X선 은폐에 얼마나 기여하는가?
• RQ3 순환핵 영역에서 분자 분출의 존재와 핵부 가스 결손 정도 사이에 상관관계가 있는가?
• RQ4 크기, 질량, 밀도 구조화 등의 물리적 특성이 다양한 AGN 광도 및 에딩턴 비율에서 어떻게 변화하는가?
• RQ5 토러스와 큰 척도 은하 디스크 간의 정렬 불일치가 핵부 스케일에서 AGN 피드백의 효율성에 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 관측된 10개의 선프트 은하 모두에서 순환핵 디스크에서 870 μm 연속 및 CO 선 방출이 공간적으로 분해 가능했으며, 먼지가 함유된 분자 토러스 존재를 확인하였다.
• 토러스의 중앙값 직경은 약 ~42 pc이며, 중앙값 분자 가스 질량은 약 ~6×10⁵ M☉이며, 고공간 해상도(~0.1 arcsec, 또는 7–13 pc)로 관측되었다.
• 토러스는 주로 AGN 바람 축에 수직으로 배열되어 있으며, AGN 은폐의 표준 통합 모델과 일치한다.
• X선 흡수 열두께와 CO에서 유도된 분자 가스 열두께 사이에 강한 정적 상관관계가 발견되었으며, 둘의 중앙값이 유사하여 토러스가 X선 은폐의 주요 원인임을 시사한다.
• 가장 극단적인 가스 역학을 보이는 시료에서 핵부 스케일 분자 가스 결손이 확인되었으며, 동일한 시스템에서 분자 분출이 관측되어 피드백과 가스 고갈 간의 연관성을 뒷받침한다.
• CO/HCO⁺ 선 강도 비율은 샘플 전반에서 수십만 배의 변화를 보이며, 내부 영역에서 더 높은 밀도를 나타내는 토러스 내 뚜렷한 반경 방향 밀도 구조화를 시사한다.