[논문 리뷰] The MURALES survey I. A dual AGN in the radio galaxy 3C 459?

B. Balmaverde, A. Capetti외 14명|arXiv (Cornell University)|2018. 08. 02.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 73인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 MUSE 분광법을 통해 2개의 밀집되고 이격된 발광선 결절(N1 및 N2)을 보이며, 5.3 kpc 떨어져 있고 속도 차이가 약 400 km/s인 이중 AGN 시스템을 FR II 전파은하 3C 459에서 강력한 증거로 제시한다. 보조 핵(N2)은 고이온화 선비율, 좁은 선 폭, 그리고 약 10⁴² erg s⁻¹의 빛줄기 강도를 보이며, 숨겨진 유형 2 QSO와 일치한다. X선 및 적외선에서 검출되지 않아 극도의 차폐가 있음을 시사한다. 이 시스템은 전기적 합성 후 이중 AGN로 해석되며, 전파가 강한 핵과 깊이 은폐된 동반자가 있다.

ABSTRACT

We observed the FRII radio galaxy 3C459 (z=0.22) with the MUSE spectrograph at the Very Large Telescope (VLT) as part of the MURALES project (a MUse RAdio Loud Emission line Snapshot survey). We detected diffuse nuclear emission and a filamentary ionized gas structure forming a one-sided, triangular-shaped region extending out to $\sim$80 kpc. The central emission line region is dominated by two compact knots of similar flux: the first (N1) cospatial with the radio core and the (N2) second located 1.2" (5.3 kpc) to the SE. The two regions differ dramatically from the point of view of velocity (with an offset of ~400 km/s), line widths, and line ratios. This suggests that we are observing a dual AGN system formed by a radio loud AGN and type 2 QSO companion, which is the result of the recent merger that also produced its disturbed host morphology. The alternative possibility that N2 is just a bright emission line knot resulting from, for example, a jet-cloud interaction, is disfavored because of 1) the presence of a high ionization bicone whose apex is located at N2; 2) the observed narrow line widths; 3) its line luminosity (~10^42 erg s-1) typical of luminous QSOs; and 4) its location, which is offset from the jet path. The putative secondary AGN must be highly obscured, since we do not detect any emission in the Chandra and infrared Hubble Space Telescope images.

연구 동기 및 목표

• 3C 459, 즉 융합 잔여물 후보인 전파은하에서 확장된 이온화 기체와 이중 발광선 영역의 성격을 조사하기 위해.
• 보조 발광선 결절(N2)이 제트-구름 상호작용인지 진정한 보조 AGN인지 확인하기 위해.
• 은하 융합이 특히 전파가 강한 FR II 전파은하에서 이중 AGN 시스템을 유도하는 데 미치는 역할을 평가하기 위해.
• 특히 X선 및 적외선 대역에서 관측에 어려움을 겪는 은폐된 이중 AGN를 탐지하는 데 있어 관측적 과제를 평가하기 위해.

제안 방법

• VLT에서의 MUSE 적층장역 분광법을 사용하여 3C 459의 핵 영역에서 공간적으로 해상도가 높은 발광선 운동학 및 이온화 상태를 맵핑하기 위해.
• Chandra X선, 허블 우주망원경(HST) 적외선 및 광학, MERLIN 전파 자료를 결합한 다중 파장 데이터 분석을 통해 소스를 교차 확인하고 검출 가능성 평가하기 위해.
• N1과 N2 간의 선비율(예: [O III]/Hβ, [S II]/Hα)과 선 폭을 비교하여 이온화 원천과 은폐 정도를 추론하기 위해.
• AGN의 표준 L2–10 keV / L[O III] 스케일링 관계를 사용하여 기대되는 X선 및 전파 빛줄기 강도 추정하기 위해.
• 이온화 구조의 기하학적 모델링, 특히 N2 중심에 있는 고이온화 이중뿔을 포함하여, 제트 축과의 정렬 및 공간적 일치 정도 평가하기 위해.
• 미래의 도구로 ALMA를 사용하여 보조 AGN와 관련된 분자 기체 탐색하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 3C 459의 보조 발광선 결절 N2는 진정한 AGN인지 제트-구름 상호작용의 특징인지인가?
• RQ2 N2 영역의 이온화 상태와 빛줄기 강도는 무엇이며, 알려진 QSO와 비교해 보면 어떠한가?
• RQ3 고선 빛줄기 강도에도 불구하고 보조 핵이 X선 및 적외선에서 검출되지 않는 이유는 무엇인가?
• RQ4 특히 은하 융합의 맥락에서 FR II 전파은하에서 이중 AGN 시스템은 얼마나 흔한가?

주요 결과

• 보조 발광선 결절 N2는 전파 핵으로부터 1′′.2(5.3 kpc) 떨어져 있으며, N1에 비해 약 400 km/s의 속도 이격을 보이며 독립적인 운동학적 기원을 나타낸다.
• N2는 좁은 선 폭과 고이온화 선비율을 보이며, 제트-구름 상호작용에 의한 충격 이온화가 아니라 빛나는 은폐된 AGN에 의한 광이온화와 일치한다.
• N2의 [O III] 빛줄기 강도는 약 10⁴² erg s⁻¹이며, 빛나는 QSO와 유사하다. 예상되는 X선 빛줄기 강도는 약 7 × 10⁴³ erg s⁻¹로, Compton-두꺼운 상태이며 극도로 은폐되어 있음을 시사한다.
• Chandra 또는 HST 자료에서 N2에서 X선 또는 적외선 방출이 검출되지 않아 극도의 은폐가 확인되었으며, 예상되는 전파 유도는 뿐만 아니라 감지하기 어려운 약 1 mJy 수준이다.
• N2 중심에 있는 고이온화 이중뿔은 전파 제트 축으로부터 약 30° 기울어져 있어, 이온화의 기원이 제트에 기인한다는 것을 배제한다.
• 3C 459는 초기 MURALES 조사에서 20개의 전파은하 중 유일하게 확인된 이중 AGN 후보이지만, 3C 136.1과 3C 196.1에서도 유사한 [O III] 형태를 보여, 3C 샘플에서 이중 AGN의 비율이 약 10% 수준일 가능성이 있음을 시사한다.