[논문 리뷰] The HELLAS2XMM survey. X. The bolometric output of luminous obscured quasars: The Spitzer perspective

F. Pozzi, C. Vignali외 11명|ArXiv.org|2007. 04. 05.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 53인용 수 28

한 줄 요약

이 연구는 HELLAS2XMM 설문조사에서 선별한 여덟 개인 고적색 이동, X선으로 선택된 은폐된 활성은하핵(AGN)에 대해 Spitzer IRAC 및 MIPS 24 μm 관측 자료를 이용하여 스펙트럼에너지분포(Spectral Energy Distributions, SEDs)를 모델링한다. 핵심 토러스 방출과 은하 주변 빛을 분리함으로써, 볼로메트릭 빛의 세기 10⁴⁵–10⁴⁷ erg s⁻¹를 유도하고, Eddington 비율이 낮은( L/L_Edd < 0.1) 것을 발견하여, 이 밝은 활성은하핵은 저흡착, 피크 이후 단계의 진화 단계에 있으며, 다수의 거대 블랙홀이 진화한 타원형 은하 주변에 존재함을 시사한다.

ABSTRACT

Aims: We aim at estimating the spectral energy distributions (SEDs) and the physical parameters related to the black holes harbored in eight high X-ray-to-optical (F_X/F_R&gt;10) obscured quasars at z&gt;0.9 selected in the 2--10 keV band from the HELLAS2XMM survey. Methods: We use IRAC and MIPS 24 micron observations, along with optical and Ks-band photometry, to obtain the SEDs of the sources. The observed SEDs are modeled using a combination of an elliptical template and torus emission (using the phenomenological templates of Silva et al. 2004) for six sources associated with passive galaxies; for two point-like sources, the empirical SEDs of red quasars are adopted. The bolometric luminosities and the M_BH-L_K relation are used to provide an estimate of the masses and Eddington ratios of the black holes residing in these AGN. Results: All of our sources are detected in the IRAC and MIPS (at 24 micron) bands. The SED modeling described above is in good agreement with the observed near- and mid-infrared data. The derived bolometric luminosities are in the range ~10^45-10^47 erg s^-1, and the median 2--10 keV bolometric correction is ~25, consistent with the widely adopted value derived by Elvis et al. (1994). For the objects with elliptical-like profiles in the K_s band, we derive high stellar masses (0.8-6.2)X10^11 Mo, black hole masses in the range (0.2-2.5)X10^9 Mo, and Eddington ratios L/L_Edd&lt;0.1, suggesting a low-accretion phase.

연구 동기 및 목표

• 중간적외선 Spitzer 자료를 이용하여 은하 주변 빛의 오염을 보완함으로써 고적색 이동, 밝은 은폐된 활성은하핵의 볼로메트릭 빛의 세기를 추정하고자 한다.
• 특히 Ks 대역에서 타원형 유사 형태를 보이는 경우에 한하여, 은하핵(토러스) 방출과 항성(은하핵) 방출을 분리함으로써 이들 소스의 SED를 모델링하고자 한다.
• M_BH–L_K 관계를 이용하여 블랙홀 질량과 Eddington 비율을 유도하고, 적색 이동에 따른 M_BH/M_star 비율의 진화에 대한 불확실성을 고려하고자 한다.
• 은폐된 고광도 활성은하핵에 대해 널리 사용되는 2–10 keV 볼로메트릭 보정계수(약 25)가 성립하는지 검증하고, 토러스 커버링 인자와 적외선 비균일성의 영향을 평가하고자 한다.
• 이 은폐된 활성은하핵이 AGN 활동의 후기 진화 단계를 대표하는지, 블랙홀 질량이 이미 최종 질량에 가까운지를 확인하고자 한다.

제안 방법

• HELLAS2XMM 설문조사에서 선별한 여덟 개인 고X/O, X선으로 선택된 은폐된 활성은하핵에 대해 Spitzer IRAC(3.6–24 μm) 및 MIPS 24 μm 광도를 확보하였다.
• 이중 구성 요소 SED 모델을 사용: Ks 대역에서의 형태를 기반으로 한 타원형 은하 템플릿과, Ks 프로파일이 확장된 소스에 대해 Silva 등(2004)의 템플릿을 기반으로 한 토러스 방출 성분.
• 점성 Ks 소스에 대해서는, 불투명한 활성은하핵 템플릿을 가정하지 않고, 빨간색 활성은하핵(붉은 활성은하핵)의 경험적 SED 템플릿(Polletta 등, 2006)을 적용하여 관측된 SED를 피팅하였다.
• 모델링된 핵심 SED를 적외선 영역까지 외삽하여, X선 빛의 세기(2–10 keV 범위)와 적외선 빛의 세기를 합산함으로써 볼로메트릭 빛의 세기를 계산하였으며, 토러스 커버링 인자와 비균일성 보정을 적용하였다.
• SED 피팅을 통해 광학적 적색 이동을 추정하고, 근적외선 관측에서의 스펙트럼적 적색 이동(두 개의 확정, 한 개의 가능)과 교차 확인하였다.
• M_BH–L_K 관계를 적용하여 블랙홀 질량를 추정하였으며, 적색 이동 z ≈ 1.2과 국지 기준에 따른 M_BH/M_star 비율의 진화 시나리오를 탐색하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고적색 이동, 밝은 은폐된 활성은하핵의 볼로메트릭 빛의 세기는 얼마이며, 일반적으로 사용되는 약 25의 2–10 keV 볼로메트릭 보정계수와 어떻게 비교되는가?
• RQ2 타원형 유사 Ks 형태를 가진 은폐된 활성은하핵에서 은하 주변 항성 빛이 근적외선 방출을 얼마나 지배하는가? 핵심 토러스 방출은 어떻게 분리할 수 있는가?
• RQ3 이 은폐된 활성은하핵의 블랙홀 질량과 Eddington 비율은 무엇이며, 저흡착, 피크 이후 진화 단계를 나타내는가?
• RQ4 점성 소스의 SED는 경험적 빨간색 활성은하핵 템플릿과 어떻게 비교되는가? 이는 불투명한 활성은하핵과 다른 핵심 방출 모델을 지지하는가?
• RQ5 이 활성은하핵의 관측된 성질은 블랙홀 질량이 이미 최종 질량에 가까운 후기 진화 단계임을 시사하는가?

주요 결과

• 모든 여덟 개의 소스가 IRAC 및 MIPS 24 μm 대역에서 명확하게 탐지되어, 중간적외선 관측이 은폐된 AGN를 드러내는 데 효과적임을 확인하였다.
• Ks 대역에서 타원형 유사 프로파일을 보이는 소스의 경우, 항성 성분이 첫 번째 IRAC 대역(3.6–4.5 μm)까지 SED를 지배하지만, 24 μm 방출은 완전히 재처리된 핵심 토러스 방출에 의해 지배된다.
• 2–10 keV 볼로메트릭 보정계수의 중앙값은 약 25로 확인되었으며, Elvis 등(1994)에서 널리 사용된 값과 일치하여, 이 보정계수가 은폐된 활성은하핵에 적용 가능한 것으로 검증되었다.
• 블랙홀 질량는 (0.2–2.5) × 10⁹ M☉ 범위로 추정되었으며, 항성 질량는 (0.8–6.2) × 10¹¹ M☉로, z ≈ 1–2에서 거대한 은하 주변임을 시사한다.
• Eddington 비율은 낮게 나타나 L/L_Edd < 0.1(λ ≈ 0.008–0.084)로, 이는 이 활성은하핵이 저흡착 단계에 있음을 시사한다.
• 데이터는 SDSS 활성은하핵의 Eddington 비율 분포의 하단 경계에 위치하며, HELLAS2XMM로 선별된, 광학적으로 흐린 은폐된 활성은하핵이 밝고 고흡착인 SDSS 활성은하핵과 다른 후기 진화 단계를 탐색하고 있음을 시사한다.