[논문 리뷰] Water masers in Compton-thick AGN I. Detailed study of the new water megamaser in IRAS15480-0344

P. Castangia, A. Tarchi외 3명|arXiv (Cornell University)|2016. 01. 13.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 49인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 Compton-두꺼운 S0은하 IRAS15480-0344에서 다중 에포크 단일 안테나 및 VLBI 관측을 통해 탐지된 새로운 22 GHz 수증기 메가마이저에 대한 최초의 상세 분석을 제시한다. 마이저는 넓은 성분(FWHM ~90 km s⁻¹)과 좁은 성분(FWHM <1 km s⁻¹)을 나타내며, 좁은 성분은 핵심 전파 연속기와 공간적으로 일치하지만 압축된 전파 핵과는 관련이 없어, 좁은 성분은 제트/유출 기원이며, 넓은 성분은 제트-구름 상호작용 기원일 가능성이 있다.

ABSTRACT

A relationship between the water maser detection rate and large nuclear column densities in AGN has often been cited in the literature. Indeed, detailed studies of luminous water masers, typically associated with the nuclear activity, allow us to investigate the innermost regions of AGN, with an impact on the still debated Unified Model for this class of objects.We have recently entertained a search for maser emission in a well-defined sample of Compton-thick AGN aimed at investigating, on firm statistical bases, the aforementioned relationship. While the survey is still ongoing, and is matter of a forthcoming publication, a new luminous water maser has been detected in the lenticular (field) S0 galaxy IRAS15480-0344, whose origin, associated with an accretion disc or a nuclear outflow/jet, needs to be assessed. Multi-epoch single-dish observations and VLBI measurements were performed to investigate the distribution, spatial extension, and variability of the maser emission in order to infer the main characteristics of the water megamaser. The new detection in IRAS15480-0344 is reported: a megamaser with a total single-dish isotropic luminosity of ~200 Lsun and a profile composed of two main features, a broad line with a full width to half maximum (FWHM) linewidth of ~90 km/s and a narrow (FWHM&lt;1 km/s) one. We performed a follow-up to the detection with the Very Long Baseline Array (VLBA) and confidently detected only the narrow component, which is coincident with the nuclear radio continuum emission detected with the Very Large Array at 8.4 GHz. A weak narrow feature has also been detected in the velocity range of the broad feature and is located 15 pc to the north-west with respect to the stronger component. Neither maser spot is associated with the compact radio continuum sources derived from the same VLBA dataset. [Abridged]

연구 동기 및 목표

• Compton-두꺼운 AGN에서 수증기 마이저 탐지와 높은 핵심 열역학 밀도 간의 관계를 조사하기 위해.
• S0 은하 IRAS15480-0344에서 새로 탐지된 빛나는 수증기 메가마이저의 기원을 규명하기 위해.
• 다중 에포크 단일 안테나 및 VLBI 관측을 통해 마이저 방출의 운동학적 특성과 공간 분포를 제약하기 위해.
• 마이저 방출이 은하핵의 질량 순환원, 핵심 유출, 또는 제트-구름 상호작용에서 기인하는지 평가하기 위해.
• S0 은하의 낮은 가스 함량에도 불구하고 핵심 유출이 마이저 작용을 촉진하는 데 기여하는 역할을 평가하기 위해.

제안 방법

• Green 백 트리거(Green Bank Telescope, GBT)를 사용해 다중 에포크 단일 안테나 관측을 수행하여 마이저 방출의 스펙트럼 프로파일과 변동성을 모니터링하였다.
• Very Long Baseline Array(VLBA) 간섭계 관측을 수행하여 마이저 점의 공간 분포와 정확한 위치를 결정하였다.
• 단일 안테나 스펙트럼을 분석하여 두 주요 특징을 확인: 시스템성 속도 근처의 좁은 선과 시스템성에서 블루시프트된 넓은 선.
• Very Large Array(VLA)의 8.4 GHz 핵심 전파 연속기 방출과 마이저 위치를 교차 상관하여 공간적 연관성을 평가하였다.
• 마이저 선의 너비와 속도 변동성을 사용해 운동학적 조건과 잠재적 물리적 기원을 추론하였다.
• 15 pc 반경과 110 km s⁻¹ 회전 속도를 가정한 케플러 모델을 사용해 넓은 성분의 유인 질량을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 IRAS15480-0344에서 탐지된 넓은 성분과 좁은 성분의 수증기 마이저 기원은 무엇인가?
• RQ2 마이저 방출은 질량 순환원, 핵심 유출, 또는 제트-구름 상호작용과 관련이 있는가?
• RQ3 마이저 점의 공간 분포는 핵심 전파 연속기와 압축된 전파 소스와 어떻게 관련이 있는가?
• RQ4 마이저 선의 운동학적 특성은 AGN의 내부 영역에서의 물리 조건을 제약할 수 있는가?
• RQ5 일반적으로 낮은 가스 함량을 지닌 S0 은하에서도 마이저 탐지율이 무시할 수 없을 정도로 높은 이유는 무엇인가?

주요 결과

• 130 Mpc 떨어진 Compton-두꺼운 S0 은하인 IRAS15480-0344에서 등방성 빛줄기 강도 ~200 L⊙인 빛나는 수증기 메가마이저가 탐지되었다.
• 단일 안테나 스펙트럼에서 두 주요 특징을 확인: 시스템성 속도 근처의 좁은 성분(FWHM <1 km s⁻¹)과 시스템성에서 블루시프트된 넓은 성분(FWHM ~90 km s⁻¹).
• VLBI 관측에서 좁은 마이저 성분만 탐지되었으며, 이는 핵심 8.4 GHz 전파 연속기 방출과 공간적으로 일치하지만, 어떤 압축된 전파 핵과도 관련이 없었다.
• 주된 좁은 성분에서 15 pc 북서쪽에 약한 좁은 성분이 탐지되었으며, 이는 관련된 압축된 전파 소스가 없었다.
• 넓은 성분의 큰 선폭과 강한 스펙트럼 변동성은 제트-구름 상호작용 기원을 시사하며, 좁은 성분의 낮은 속도 분산은 유출 기원을 지지한다.
• 케플러 모델은 넓은 성분의 유인 질량이 약 ~5×10⁷ M⊙임을 시사하며, 이는 디스크-마이저 연구에서 유도된 블랙홀 질량과 일치하지만, 디스크 기원은 완전히 배제할 수 없다.