[논문 리뷰] The HST view of FR I radio galaxies: evidence for non-thermal nuclear sources

M. Chiaberge, A. Capetti외 1명|arXiv (Cornell University)|1999. 07. 06.

Radio Astronomy Observations and Technology인용 수 17

한 줄 요약

이 논문은 33개의 FR I 전파은하에 대한 허블 우주망원경 관측을 제시하며, 85%의 경우에 비틀림이 없는 핵원소(중앙 밀집 핵, CCC)를 검출한다. CCC는 광학 및 전파 핵광도 사이에 밀도 높은 선형 상관관계를 보이며, 기울어진 상대론적 제트에서 기인한 비열성 시그로트론 방출을 시사한다. 이는 FR I 전파은하와 BL Lac 물체 간의 통합을 지지하며, 열적 순환 또는 가림 터우스의 존재가 최소한임을 시사한다.

ABSTRACT

Unresolved nuclear sources are detected by the Hubble Space Telescope in the great majority of a complete sample of 33 FR I radio galaxies belonging to the 3CR catalogue. The optical flux of these Central Compact Cores (CCC) shows a striking linear correlation with the radio core one over four decades, arguing for a non--thermal synchrotron origin of the CCC radiation. We also find evidence that this emission is anisotropic, which leads us to identify CCCs with the misoriented relativistic jet component which dominates in BL Lac objects. This interpretation is also supported by the similarity in the radio-to-optical and optical spectral indices. The high rate of CCC detection (85 %) suggests that a `standard' pc scale, geometrically thick torus is not present in low luminosity radio-galaxies. Thus the lack of broad lines in FR I cannot be attributed to obscuration. CCC fluxes also represent upper limits to any thermal/disc emission. For a $10^9 M_{\sun}$ black hole, typical of FR I sources, these limits translate into a fraction as small as less than $10^{-7}-10^{-5}$ of the Eddington luminosity.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 허블 우주망원경 이미징을 이용해 FR I 전파은하의 비틀림이 없는 핵원소의 성질을 조사하기 위해.
• 이 핵의 광학 방출이 열적인지 비열적인지, 그리고 상대론적 제트를 포함한 통합 이론에 부합하는지 확인하기 위해.
• 핵 방출과 전파 성질 간의 상관관계 분석을 통해 저광도 전파은하에 있는 가림 터우스의 존재 여부를 시험하기 위해.
• 중앙 영역의 열 방출에 대한 상한을 설정하여 FR I 핵의 순환 효율을 제약하기 위해.
• FR I 은하에서 넓은 선이 보이지 않는 이유가 가림에 의한 것인지, 아니면 낮은 이온화 빛의 강도 때문인지 평가하기 위해.

제안 방법

• 3CR 목록에 포함된 33개의 FR I 전파은하의 완전한 샘플에 대해 고해상도 허블 우주망원경(HST) 이미지를 확보하였다.
• HST 자료를 사용하여 비틀림이 없는 핵원소(중앙 밀집 핵, CCC)의 광학 대역에서의 복사 밀도를 측정하였다.
• 178 MHz에서의 전파 핵광도와의 상관관계를 통해 스펙트럼 에너지 분포 및 방출 메커니즘을 평가하기 위해 광학 핵광도(CCC)와 전파 핵광도를 연계하였다.
• 비틀림이 없는 제트가 큰 각도에서 관측된 것으로 예상되는 것처럼, BL Lac과 같은 알려진 비틀림이 있는 소스와의 비교를 통해 CCC 방출의 비등방성을 분석하였다.
• 중요한 오염이 없다는 가정 하에 관측된 광학 플럭스를 열적 디스크 또는 순환 디스크 방출에 대한 상한으로 사용하였다.
• 일반적인 $10^9 M_{\sun}$ 블랙홀에 대해 에딩턴 광도 비율을 추정하여 순환 효율을 제약하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 FR I 전파은하의 비틀림이 없는 핵원소가 상대론적 제트에서 기인한 비열성 시그로트론 방출과 일치하는가?
• RQ2 광학 핵광도와 전파 핵광도 사이의 관측된 선형 상관관계는 핵 방출의 제트 기반 기원을 지지하는가?
• RQ3 이 핵의 방출이 상대론적 비틀림에 의해 기대되는 것처럼 비등방적인가?
• RQ4 FR I 은하에서 넓은 선이 없는 것은 터우스에 의한 가림 때문인지, 아니면 낮은 이온화 빛 강도 때문인가?
• RQ5 FR I 핵에서 열적 순환 광도의 상한은 무엇이며, 에딩턴 한계와 비교해 볼 때 어떻게 되는가?

주요 결과

• 33개의 FR I 전파은하 중 28개에서 비틀림이 없는 중심 밀집 핵(CCC)이 검출되었으며(85% 검출률), 일반적인 핵 성분임을 시사한다.
• CCC의 광학 핵광도는 빛의 강도가 4개 디아드에 걸쳐 선형 상관관계를 보이며, 강력하게 비열성 시그로트론 기원을 지지한다.
• CCC와 BL Lac 물체 간의 전파-광학 및 광학 스펙트럼 지수의 유사성은 CCC가 기울어진 상대론적 제트 성분임을 지지하는 해석을 뒷받침한다.
• 방출의 비등방성은 상대론적 비틀림과 일치하며, FR I 전파은하와 BL Lacs 간의 통합을 강화한다.
• $10^9 M_{\sun}$ 블랙홀에 대해 관측된 CCC 플럭스는 열 방출에 대해 약 $\sim 10^{-7}$에서 $10^{-5}$의 에딩턴 광도 비율 상한을 설정하며, 매우 낮은 순환 효율을 시사한다.
• 감지 가능한 열 디스크 성분이 없고, 대부분의 소스에서 가림 터우스의 증거가 없기 때문에, 저광도 전파은하에 표준 기하학적으로 두꺼운 터우스가 존재하지 않는다는 데 도전한다.