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QUICK REVIEW

[논문 리뷰] Ubiquitous radio emission in quasars: predominant AGN origin and a connection to jets, dust and winds

G. Calistro Rivera, D. M. Alexander|arXiv (Cornell University)|2023. 12. 15.
Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 5
한 줄 요약

이 연구는 z < 2.5인 활성은하핵(AGN)에서의 밀집된 라디오 방출이 주로 항성 형성보다는 활성은하핵(AGN)에 의해 주도되며, 라디오 휘도는-dust 적색도와 조밀하고 중심핵 주변 환경에서의 제트 상호작용과 강하게 연관되어 있음을 규명한다. 저자들은 E(B-V) 증가에 따라 라디오 탐지 비율이 지속적으로 증가함을 발견하여, 먼지가 많은 매질에서 제트 유도 충격이 라디오 방출을 강화하는 모델을 지지하며, 특히 밀집된 형태와 중간 정도의 라디오 높이를 가진 빨간색 활성은하핵에서 그러한 현상이 두드러진다.

ABSTRACT

We present a comprehensive study of the physical origin of radio emission in optical quasars at redshifts z &lt; 2.5. We focus particularly on the associations between compact radio emission, dust reddening, and outflows identified in our earlier work. Leveraging the deepest low-frequency radio data available to date (LoTSS Deep DR1), we achieve radio detection fractions of up to 94%, demonstrating the virtual ubiquity of radio emission in quasars, and a continuous distribution in radio loudness. Through our analysis of radio properties, combined with spectral energy distribution modeling of multiwavelength photometry, we establish that the primary source of radio emission in quasars is the AGN, rather than star formation. Modeling the dust reddening of the accretion disk emission shows a continuous increase in radio detection in quasars as a function of the reddening parameter E(B-V), suggesting a causal link between radio emission and dust reddening. Confirming previous findings, we observe that the radio excess in red quasars is most pronounced for sources with compact radio morphologies and intermediate radio loudness. We find a significant increase in [Oiii] and Civ outflow velocities for red quasars not seen in our control sample, with particularly powerful [Oiii] winds in those around the radio-quiet/radio-loud threshold. Based on the combined characterisation of radio, reddening, and wind properties in our sample, we favor a model in which the compact radio emission observed in quasars originates in compact radio jets and their interaction with a dusty, circumnuclear environment. Our results align with the theory that jet-induced winds and shocks resulting from this interaction are the origin of the enhanced radio emission in red quasars. Further investigation of this model is crucial for advancing our understanding of quasar feedback mechanisms and their role in galaxy evolution.

연구 동기 및 목표

  • z < 2.5인 광학적 활성은하핵에서의 희미한 라디오 방출의 주요 물리적 기원을 규명하는 것.
  • 라디오 방출, 먼지 적색도(E(B-V)) 및 난류 간의 연관성을 조사하는 것.
  • 밀집된 라디오 제트가 조밀하고 먼지가 많은 중심핵 주변 환경과 상호작용함으로써 관측된 빨간색 활성은하핵에서의 라디오 과잉을 설명할 수 있는지 테스트하는 것.
  • 제트 유도 충격과 피드백이 활성은하핵 진화 및 은하 피드백 메커니즘을 어떻게 형성하는지 평가하는 것.

제안 방법

  • 최근까지 가장 깊은 저주파수 라디오 데이터(LoSST Deep DR1)를 활용하여 활성은하핵에서 라디오 탐지 비율을 최대 94%까지 확보하였다.
  • 다중파장 광도계측과 스펙트럼 에너지 분포(SED) 모델링을 조합하여 라디오 방출에 대한 AGN와 항성 형성의 기여도를 분리하였다.
  • SED 피팅을 통해 산정한 E(B-V)를 이용해 먼지 적색도를 정량화하고, 라디오 탐지 비율 및 라디오 높이와의 상관관계를 분석하였다.
  • [OIII] 및 CIV 방출선 난류 속도를 분석하여 빨간색 활성은하핵 샘플과 대조 샘플 간의 바람 활동을 식별하였다.
  • 라디오 구조를 밀집형 또는 확산형으로 분류하여 환경이 제트 봉쇄 및 라디오 휘도에 미치는 영향을 평가하였다.
  • 제트가 조밀하고 먼지가 많은 중심핵 주변 매질과 상호작용함으로써 충격을 유도하고, 이로 인해 라디오 방출이 강화되며, 특히 밀집된 소스에서 두드러진다는 물리적 모델을 제안하였다.
Figure 1: Radio and multiwavelength data used in this paper. The upper panel shows the sky coverage of the LOFAR pointings (cyan area) in the 3 LoTSS Deep Fields DR1 (upper sub-panel) and the GAMA fields (lower sub-panel). The sky areas with deep multiwavelength coverage are overplotted (grey stars)
Figure 1: Radio and multiwavelength data used in this paper. The upper panel shows the sky coverage of the LOFAR pointings (cyan area) in the 3 LoTSS Deep Fields DR1 (upper sub-panel) and the GAMA fields (lower sub-panel). The sky areas with deep multiwavelength coverage are overplotted (grey stars)

실험 결과

연구 질문

  • RQ1z < 2.5인 활성은하핵에서 라디오 방출의 주요 물리적 기원은 무엇인가: AGN 제트인지 항성 형성인지?
  • RQ2라디오 방출은 활성은하핵에서 먼지 적색도(E(B-V))와 어떻게 연관되어 있으며, 이는 인과적 연관성을 시사하는가?
  • RQ3밀집된 라디오 제트 형태와 환경은 빨간색 활성은하핵에서 라디오 방출을 강화하는 데 어떤 역할을 하는가?
  • RQ4[OIII] 및 CIV 선 난류 속도는 빨간색 활성은하핵과 대조 샘플 간에 어떻게 다를 수 있으며, 이는 라디오 특성과 관련이 있는가?
  • RQ5먼지가 많은 중심핵 주변 환경에서 제트 유도 충격이 빨간색 활성은하핵에서 관측된 라디오 과잉을 설명할 수 있는가, 특히 밀집된 형태를 가진 경우에 대해?

주요 결과

  • LoTSS Deep DR1를 활용함으로써 활성은하핵에서 라디오 탐지 비율이 최대 94%에 이르며, 활성은하핵에서 라디오 방출이 거의 일반적임을 보여준다.
  • SED 모델링을 통해 확인된 바와 같이, 라디오 방출의 주요 기원은 항성 형성보다는 AGN이며, 특히 밀집된, 기울기가 급한 라디오 성분이 지배적임을 확인하였다.
  • 먼지 적색도(E(B-V)) 증가에 따라 라디오 탐지 비율이 지속적으로 증가함을 확인하여, 먼지 열량 밀도와 라디오 방출 증가 사이에 인과적 연관성이 있음을 시사한다.
  • 빨간색 활성은하핵에서의 라디오 과잉은 밀집된 라디오 구조와 중간 정도의 라디오 높이(L_1.4GHz ~ 10^44–10^45 erg/s)를 가진 소스에서 가장 두드러진다.
  • 대조 샘플 대비 빨간색 활성은하핵에서 [OIII] 및 CIV 난류 속도가 유의미하게 높으며, 가장 강력한 [OIII] 바람은 라디오 조용/강한 경계 근처에서 관측된다.
  • 데이터는 밀집된 라디오 제트가 조밀하고 먼지가 많은 중심핵 주변 환경과 상호작용하여 충격을 유도하고, 이로 인해 라디오 방출이 강화되며 난류를 유도하는 모델을 지지하며, 라디오, 먼지 및 피드백 메커니즘 간의 연결 고리를 제시한다.
Figure 2: Luminosities at 150 MHz as a function of redshift for SDSS QSOs detected at 3 $\sigma$ by LOFAR (ALLQSOs sample). LOFAR detections in the total SDSS sample are represented as orange and skyblue markers, for red QSOs and control QSOs, respectively. LOFAR detections in the Lz-matched sub-sam
Figure 2: Luminosities at 150 MHz as a function of redshift for SDSS QSOs detected at 3 $\sigma$ by LOFAR (ALLQSOs sample). LOFAR detections in the total SDSS sample are represented as orange and skyblue markers, for red QSOs and control QSOs, respectively. LOFAR detections in the Lz-matched sub-sam

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