[논문 리뷰] The millimetre variability of M81* -- Multi-epoch dual frequency mm-observations of the nucleus of M81

R. Schöedel, M. Krips외 3명|arXiv (Cornell University)|2006. 11. 28.

Astrophysical Phenomena and Observations인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 저광도 활성은하핵(M81*)의 동시에 1 mm 및 3 mm 연속 스펙트럼 관측을 처음으로 수행하여, 1 mm에서 더 높은 진폭을 보이는 강한 밀리미터파 변동성을 규명하였다. 데이터는 밴드 간 상관된 변동성을 보이며, 복사 영역이 25 슈바르츠실트 반지름 이내임을 제약하여, 짧은 제트 기원을 지지하고, M81*가 초아크티브 모드에서의 물질 붕괴를 연구하는 데 있어 사망은하핵(Sgr A*)과 유사한 중요한 유사체임을 강조한다.

ABSTRACT

There are still many open questions as to the physical mechanisms at work in Low Luminosity AGN that accrete in the extreme sub-Eddington regime. Simultaneous multi-wavelength studies have been very successful in constraining the properties of SgrA*, the extremely sub-Eddington black hole at the centre of our Milky Way. M81*, the nucleus of the nearby spiral galaxy M81, is an ideal source to extend the insights obtained on SgrA* toward higher luminosity AGN. Here we present observations at 3 and 1 mm that were obtained within the framework of a coordinated,multi-wavelength campaign on M81*. The continuum emission from M81* was observed during three epochs with the IRAM Plateau de Bure Interferometer simultaneously at wavelengths of 3 and 1 mm. We present the first flux measurements of M81* at wavelengths around 1 mm. We find that M81* is a continuously variable source with the higher variability observed at the shorter wavelength. Also, the variability at 3 and 1 mm appears to be correlated. Like SgrA*, M81* appears to display the strongest flux density and variability in the mm-to-submm regime. There remains still some ambiguity concerning the exact location of the turnover frequency from optically thick to optically thin emission. The observed variability time scales point to an upper size limit of the emitting region of the order 25 Schwarzschild radii. The data show that M81* is indeed a system with very similar physical properties to SgrA* and an ideal bridge toward high luminosity AGN. The data obtained clearly demonstrate the usefulness and, above all, the necessity of simultaneous multi-wavelength observations of LLAGN.

연구 동기 및 목표

• 저광도 활성은하핵(M81*)의 밀리미터파 변동성을 조사하여 극한의 초아크티브 모드에서의 물질 붕괴 메커니즘을 이해하는 것.
• M81*가 은하중심 블랙홀인 사망은하핵(Sgr A*)과 유사한 변동성 및 스펙트럼 행동을 보이는지 확인하는 것.
• 변동성 시간 상수를 이용하여 복사 영역의 크기와 물리적 기원을 제약하는 것.
• 다중 파장 변동성과 스펙트럼 전환 현상 분석을 통해 LLAGN에서 제트 지배 복사의 역할을 평가하는 것.
• 약한 물질 붕착 블랙홀의 정확한 모델링을 위해 동시에 다중 파장 관측이 필수적임을 입증하는 것.

제안 방법

• IRAM Plateau de Bure 간섭계를 사용하여 3 mm 및 1 mm에서 다중 에포크, 동시 双주파수 관측을 수행하였다.
• 세 관측 에포크 동안 M81*의 핵 영역에 대한 고정밀 광도 측정을 수행하였다.
• 빛의 변화 곡선을 분석하여 양 파장에서의 변동성 진폭과 시간 상수를 결정하였다.
• 변동성 시간 상수를 이용하여 빛의 전파 시간 원리를 통해 복사 영역 크기의 상한을 추정하였다.
• 제트에 의한 변동성 모델(예: 제트 내의 충격파 전파)을 테스트하기 위해 스펙트럼 기울기와 빛의 변화 곡선 형태를 비교하였다.
• mm 및 밀리미터 이하 대역 간 광도 수준과 변동성 경향을 비교하여 스펙트럼 전환 주파수를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 M81*는 밀리미터파 대역에서 변동적으로 복사하고 있는가? 그 변동성은 사망은하핵(Sgr A*)과 비교해 어떻게 다른가?
• RQ2 M81*에서 변동성 진폭과 관측 주파수 사이의 관계는 무엇인가?
• RQ3 관측된 변동성 시간 상수가 M81*의 복사 영역 크기를 제약할 수 있는가?
• RQ4 M81*의 스펙트럼 에너지 분포는 mm에서 밀리미터 이하 대역에서 제트 지배 복사 모델과 일치하는가?
• RQ5 동시 다중 파장 관측이 LLAGN에서의 물질 붕착 및 복사 메커니즘에 대한 제약을 얼마나 향상시키는가?

주요 결과

• 이 연구는 M81*의 1 mm에서의 명백한 검출을 처음으로 보고하여, 그가 밀리미터 이하 대역에 존재함을 확인하였다.
• M81*는 1 mm 및 3 mm에서 지속적인 변동성을 보이며, 1 mm에서 약 1.5배 높은 변동성 진폭을 나타낸다.
• 관측된 가장 짧은 변동성 시간 상수는 3 mm에서 약 5시간이며, 이는 복사 영역의 상한이 약 25 슈바르츠실트 반지름 이내임을 암시한다.
• 2005년 7월의 빛의 변화 곡선은 두 개의 플레어 감쇠가 동일한 기원을 가질 수 있음을 시사하며, 제트 내 충격파 모델과 일치한다.
• 두 에포크 모두에서 스펙트럼 기울기는 음수이며 절대값이 유사하여, mm에서 밀리미터 이하 대역에서 SED의 전환이 발생함을 지지한다.
• 관측된 변동성과 스펙트럼 행동은 M81*가 제트 지배 복사 모델을 따르며, 빛의 세기 차이가 수 개의 주기 수준임에도 불구하고 사망은하핵(Sgr A*)과의 유사성을 강하게 지지한다.