[논문 리뷰] Dust in active galactic nuclei. Mid-infrared T-ReCS/Gemini spectra using the new RedCan pipeline

O. González-Martín, J. M. Rodríguez-Espinosa외 7명|DIGITAL.CSIC (Spanish National Research Council (CSIC))|2012. 12. 21.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 113인용 수 48

한 줄 요약

이 연구는 고해상도 중적외선 T-ReCS/Gemini 스펙트럼을 RedCan 파이프라인으로 처리하여 22개의 AGN에서 핵부 AGN 방출을 분리한다. 그 결과, 약 100 pc 규모에서 AGN가 12 μm 연속분포를 지배하는 것으로 나타났으며, 핵부 영역에서는 PAH 방출이 약한 편이었다. 깊은 실리케이트 흡수(τ9.7 > 0.4)는 은하의 먼지 구조(먼지 띠 또는 융합)와 관련되어 있어, 극도로 은폐된 시스템에서는 단순한 덩어리진 토러스 모델만으로는 설명할 수 없다.

ABSTRACT

The unified model of active galactic nuclei (AGN) claims that the properties of AGN depend on the viewing angle of the observer with respect to a toroidal distribution of dust surrounding the nucleus. Both the mid-infrared (MIR) attenuation and continuum luminosity are expected to be related to dust associated with the torus. Therefore, isolating the nuclear component is essential to study the MIR emission of AGN. We have compiled all the T-ReCS spectra (Gemini observatory) available in the N-band for 22 AGN: 5 Type-1 and 17 Type-2 AGN. The high angular resolution of the T-ReCs spectra allows us to probe physical regions of 57 pc (median). We have used a novel pipeline called RedCan capable of producing flux- and wavelength-calibrated spectra for the CanariCam (GTC) and T-ReCS (Gemini) instruments. We have measured the fine-structure [SIV] at 10.5 microns and the PAH at 11.3 microns line strengths together with the silicate absorption/emission features. We have also compiled Spitzer/IRS spectra to understand how spatial resolution influences the results. The 11.3 microns PAH feature is only clearly detected in the nuclear spectra of two AGN, while it is more common in the Spitzer data. For those two objects the AGN emission in NGC7130 accounts for more than 80% of the MIR continuum at 12 microns while in the case of NGC1808 the AGN is not dominating the MIR emission. This is confirmed by the correlation between the MIR and X-ray continuum luminosities. The [SIV] emission line at 10.5 microns, which is believed to originate in the narrow line region, is detected in most AGN. We have found an enhancement of the optical depth at 9.7 microns in the high-angular resolution data for higher values of NH. Clumpy torus models reproduce the observed values only if the host-galaxy properties are taken into account.

연구 동기 및 목표

• 고공간 해상도(~100 pc)에서 AGN의 핵부 중적외선(MIR) 방출을 분리하여 AGN가 MIR 스펙트럼에 기여하는 정도를 평가하기 위해.
• MIR 영역에서의 먼지 감쇠가 주로 AGN의 먼지 토러스에서 기인하는지, 아니면 은하계 구조에서 기인하는지 확인하기 위해.
• 공간 해상도가 PAH 방출 및 실리케이트 흡수와 같은 MIR 스펙트럼 특징을 해석하는 데 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 특히 극도로 은폐된 AGN에서 관측된 실리케이트 투과도를 재현할 수 있는 덩어리진 토러스 모델의 타당성을 시험하기 위해.

제안 방법

• 공간 해상도 약 0.35"(중위수 57 pc)를 갖는 22개의 T-ReCS/Gemini N밴드 스펙트럼을 확보하여 핵부 방출을 분리할 수 있도록 하였다.
• 유량 및 파장 보정된 스펙트럼를 확보하기 위해 RedCan 파이프라인을 사용하여 데이터를 처리하여 MIR 광도측정 및 분광법의 정확도를 향상시켰다.
• 핵심 MIR 특징을 측정: 11.3 μm PAH 방출, 10.5 μm [S IV] 선, 9.7 μm 실리케이트 흡수 깊이(τ9.7).
• 공간 해상도의 영향을 평가하기 위해 고해상도 T-ReCS 데이터를 저해상도 Spitzer/IRS 스펙트럼과 비교하였다.
• MIR 결과를 해석하기 위해 X선 광도(2–10 keV) 및 은하계 특성(예: 먼지 띠, 융합, 기울기)과 교차 참조하였다.
• 필요한 경우 은하계 기여를 포함하여 관측된 τ9.7 값과 비교하여 덩어리진 토러스 모델을 시험하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 약 100 pc 규모에서 AGN가 중적외선 연속분포에 얼마나 기여하는가?
• RQ2 관측된 중적외선 먼지 감쇠는 주로 AGN의 토러스에서 기인하는가, 아니면 은하계 구조(예: 먼지 띠, 융합)가 크게 기여하는가?
• RQ3 공간 해상도가 AGN 스펙트럼에서 PAH 방출 및 실리케이트 특징의 검출에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 덩어리진 토러스 모델은 관측된 실리케이트 투과도를 재현할 수 있는가, 특히 극도로 은폐된 AGN에서?
• RQ5 은하계 특성(예: 먼지 띠, 융합)이 관측된 MIR 스펙트럼 에너지 분포에 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• NGC 7130에서는 AGN가 12 μm MIR 연속분포의 80% 이상을 기여하지만, NGC 1808에서는 AGN가 MIR 방출을 지배하지는 않는다.
• 11.3 μm PAH 특징은 핵부 스펙트럼에서 두 AGN(NGC 7130 및 NGC 1808)에서만 명확하게 검출되어 핵심부 약 100 pc 내에서의 약한 항성 형성 활동을 시사한다.
• 대부분의 AGN에서 [S IV] 10.5 μm 방출선이 검출되어 그 기원이 좁은선 영역임을 지지한다.
• MIR 연속광도와 X선 연속광도 사이에 강한 상관관계가 존재하여 대부분의 경우 AGN가 주요 MIR 소스임을 확인한다.
• 높은 τ9.7 값(>0.4)은 모두 경사진 은하, 핵부 먼지 띠가 있는 경우, 또는 융합 시스템에서만 관측되며, 이는 은하계 먼지가 깊은 실리케이트 흡수를 지배함을 시사한다.
• 은하계 먼지 특성을 포함하지 않은 한, 덩어리진 토러스 모델은 가장 깊은 실리케이트 흡수 특징을 재현하지 못하며, 이는 고감쇠 시스템에서 확장된 먼지 기여를 고려할 필요가 있음을 강조한다.