[논문 리뷰] Wide-field LOFAR imaging of the field around the double-double radio galaxy B1834+620: A fresh view on a restarted AGN and doubeltjes

E. Orrú, Sjoert van Velzen외 9명|UvA-DARE (University of Amsterdam)|2015. 10. 02.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 52인용 수 21

한 줄 요약

이 연구는 이중이중 라디오 은하 B1834+620의 첫 번째 고해상도 LOFAR 144 MHz 이미지를 제시하며, 네 개의 로브를 해상하고 내부 로브 활동과 연결된 저주파수 방출 특징을 드러낸다. 스펙트럼 분석은 재시작된 AGN 모델을 지지하며, LOFAR는 1.4 GHz 대비 10배 더 많은 밀집 이중로브 소스(다블레티지)를 탐지하여 AGN 기능 주기와 고적색도 라디오 소스 탐색에 있어 그 능력을 입증한다.

ABSTRACT

The existence of double-double radio galaxies (DDRGs) is evidence for recurrent jet activity in AGN, as expected from standard accretion models. A detailed study of these rare sources provides new perspectives for investigating the AGN duty cycle, AGN-galaxy feedback, and accretion mechanisms. Large catalogues of radio sources provide statistical information about the evolution of the radio-loud AGN population out to high redshifts. Using wide-field imaging with the LOFAR telescope, we study both a well-known DDRG as well as a large number of radio sources in the field of view. We present a high resolution image of the DDRG B1834+620 obtained at 144 MHz using LOFAR commissioning data. Our image covers about 100 square degrees and contains over 1000 sources. The four components of the DDRG B1834+620 have been resolved for the first time at 144 MHz. Inner lobes were found to point towards the direction of the outer lobes, unlike standard FR~II sources. Polarized emission was detected in the northern outer lobe. The high spatial resolution allows the identification of a large number of small double-lobed radio sources; roughly 10% of all sources in the field are doubles with a separation smaller than 1 arcmin. The spectral fit of the four components is consistent with a scenario in which the outer lobes are still active or the jets recently switched off, while emission of the inner lobes is the result of a mix-up of new and old jet activity. From the presence of the newly extended features in the inner lobes of the DDRG, we can infer that the mechanism responsible for their formation is the bow shock that is driven by the newly launched jet. We find that the density of the small doubles exceeds the density of FR-II sources with similar properties at 1.4 GHz, but this difference becomes smaller for low flux densities.

연구 동기 및 목표

• LOFAR의 저주파수(144 MHz) 이미징을 통해 B1834+620의 네 로브로 구성된 구조를 해상한다.
• 내부 및 외부 로브의 스펙트럼 특성을 조사하여 AGN 재시작 및 제트 활동 재발 모델을 시험한다.
• 저주파수에서의 밀집 이중로브 라디오 소스(다블레티지)의 면적 밀도를 정량화하고 1.4 GHz 조사와 비교한다.
• 더 높은 해상도와 민감도를 통해 LOFAR가 고적색도 FR II 라디오 소스를 탐지할 능력을 평가한다.
• LOFAR와 FIRST 조사 간 소스 수의 불일치가 퀘이사 진화와 광도 함수에 미치는 영향을 탐구한다.

제안 방법

• LOFAR 저주파수 안테나와 고감도 빔형성 기술을 사용하여 B1834+620의 광역, 고다이나믹 레인지 이미징을 수행한다.
• Compton-Ida (CI) 모델을 사용하여 144 MHz에서 8.5 GHz까지 네 개의 로브 구성 요소의 전파 스펙트럼을 피팅함으로써 스펙트럼 지수 분석을 수행한다.
• 파라데이 회전과 편광 방출을 측정하여 자기장 구조와 방출 메커니즘을 평가한다.
• Hopkins 등(2007)의 볼로메트릭 퀘이사 광도 함수에 광학-라디오 상관관계를 결합하여 144 MHz와 1.4 GHz에서의 FR II 소스 수를 모델링한다.
• LOFAR와 FIRST 간의 FR II 소스 수 비율을 예측하여 소스 밀도 예측의 불일치 여부를 시험한다.
• FIRST에서 유도된 스펙트럼 지수 α = -0.85를 사용하여 1.4 GHz 로브 광도를 144 MHz로 외삽함으로써 절대 정규화에 의존하지 않는 복사 세기 예측을 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이중이중 라디오 은하 B1834+620의 저주파수 라디오 형태는 무엇이며, 고주파수 이미지와 어떻게 다를까?
• RQ2 내부 및 외부 로브의 스펙트럼 지수는 최근 AGN 재시작 또는 지속 중인 제트 활동 모델을 지지하는가?
• RQ3 LOFAR와 FIRST 간의 밀집 이중로브 소스(다블레티지) 관측 소스 수 비율이 표준 퀘이사 광도 함수 예측을 초과하는 이유는 무엇인가?
• RQ4 LOFAR는 1.4 GHz 기존 조사보다 고적색도 FR II 라디오 소스를 더 효율적으로 해상하고 탐지할 수 있는가?
• RQ5 로브의 스펙트럼 및 편광 특성은 재시작 중인 AGN의 전자 분포와 자기장 구조에 대해 무엇을 드러내는가?

주요 결과

• LOFAR는 144 MHz에서 B1834+620의 네 로브로 구성된 구조를 해상하였으며, 고주파수에서 관측되지 않았던 내부 로브의 확장된 방출을 드러냈다.
• 외부 로브의 스펙트럼 지수(α_inj ≈ -0.85)는 CI 모델과 이전 연구 결과와 일치하며, 지속 중이거나 최근에 종료된 제트 활동을 지지한다.
• 내부 로브 스펙트럼은 새로운 제트 활동과 과거 활동의 혼합된 방출을 보여주며, 복잡한 스펙트럼 진화를 나타낸다.
• LOFAR는 1.4 GHz 대비 단위 면적당 10배 더 많은 밀집 이중로브 소스(다블레티지)를 탐지하였으며, 동일한 복사 세기 한계에서 1.4 GHz 카운트를 초과하는 밀도를 보였다.
• 관측된 LOFAR 대비 FIRST의 FR II 소스 수 비율은 모델 예측보다 약 50% 높아, 중간 광도 퀘이사에서 더 많은 FR II 소스가 존재하거나, 낮은 광도에서 퀘이사 기능 주기가 짧을 가능성을 시사한다.
• +60 rad m⁻²의 파라데이 회전 측정치를 통해 LOFAR가 저주파수에서 편광된 AGN 방출을 탐지할 수 있음을 확인했다.