[论文解读] Mid-Infrared Imaging of Active Galaxies: Active Nuclei and Embedded Star Clusters

E. Galliano, D. Alloin+3 more|ArXiv.org|Apr 5, 2005

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 63被引用 41

一句话总结

本研究利用欧洲南方天文台3.6米望远镜上的TIMMI2仪器，对九个邻近活动星系进行了高分辨率中红外（MIR）成像，角分辨率达到0.6″–1″。研究识别出NGC1365和NGC1808中此前未解析的MIR/射电源，解释为年轻的、被尘埃遮蔽的星团，光谱能量分布建模表明这些星团年龄约为5 Myr，质量约为10⁶ M⊙，仍被致密的尘埃包层所遮蔽，为理解活动星系中活动星系核（AGN）与星暴活动的贡献提供了关键见解。

ABSTRACT

High resolution, mid-infrared (MIR) images of a set of nine nearby active galaxies are presented. The data were obtained with the TIMMI2 instrument mounted at the ESO 3.6m telescope using a set of N-band narrow filters. The resulting images have an angular resolution of 0.6"-1". The MIR emission has been resolved in four galaxies: NGC253, NGC1365, NGC1808 and NGC7469. The images unveil a circumnuclear population of unknown MIR sources in NGC1365 and NGC1808, coincident with radio sources. These MIR/radio sources are interpreted in terms of embedded young star clusters. A high-resolution MIR map of NGC253 is also presented, and enables the identification of a previously unknown MIR counterpart to the radio nucleus. Extended MIR emission is detected in NGC7469, and concurs with previous observations in the NIR and radio. For this source, an interesting morphological difference between the 10.4mic and the 11.9mic emission is observed, suggesting the presence of a dust-rich micro-bar. Our MIR images of Circinus do not show resolved emission from the nucleus down to an angular scale of 0.5". In the case of NGC2992, an upper limit to the extended MIR emission can be set. Finally, we provide new MIR flux measurements for the unresolved AGN in NGC5995, IZw1 and IIZw136.

研究动机与目标

• 通过高分辨率中红外（MIR）成像，分离邻近活动星系中活动星系核（AGN）与星暴活动的贡献。
• 识别并表征活动星系核区域中此前未解析的MIR源，特别是与射电发射重合的源。
• 通过光度测量和光谱能量分布（SED）建模，研究NGC1365和NGC1808中MIR/射电源的性质。
• 利用MIR窄波段色指数和射电谱指数，推断嵌入星团的物理参数（年龄、质量、消光）。
• 评估尘埃消光以及发射特征（如硅酸盐吸收、多环芳烃PAHs）对观测到的MIR色指数和通量比的影响。

提出的方法

• 利用位于拉西拉的欧洲南方天文台3.6米望远镜上的TIMMI2仪器，获取了九个邻近活动星系的高角分辨率MIR图像（0.6″–1″）。
• 采用中心波长为10.4、11.9和12.9 μm的N波段窄带滤光片，探测尘埃发射和硅酸盐特征，实现色指数诊断。
• 对解析的MIR源进行测光，并与现有射电巡天中获得的厘米波段射电源进行交叉匹配，识别MIR/射电重合源。
• 基于MIR通量测量构建光谱能量分布（SED），并与尘埃遮蔽的黑体模型及模板进行比较。
• 利用10.4/11.9和11.9/12.9通量比推断尘埃消光和硅酸盐吸收深度，通过尘埃屏模型估算视觉消光（A_V）。
• 将MIR通量比与厘米波段射电谱指数（α₃.₆⁶）相关联，推断演化趋势，假设随时间消光和电离辐射通量逐渐降低。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC1365和NGC1808核区中与射电发射重合的先前未解析的MIR源的性质是什么？
• RQ2 这些MIR/射电源的MIR色指数和通量比与标准模板相比如何？它们对尘埃消光和温度有何含义？
• RQ3 观测到的MIR和射电特性能否用一个年轻的、嵌入的星团模型来解释？其推断的星团年龄和质量是多少？
• RQ4 MIR通量比（10.4/12.9）与厘米波段射电谱指数之间是否存在相关性？这对其演化状态有何启示？
• RQ5 硅酸盐吸收、多环芳烃（PAHs）发射或[NeII] 12.8 μm线发射在观测到的MIR色指数中起到了多大程度的贡献？

主要发现

• 高分辨率MIR成像在四个星系中解析出扩展发射：NGC253、NGC1365、NGC1808和NGC7469，其中NGC253显示出其射电核此前未知的MIR对应体。
• 在NGC1365和NGC1808中，识别出一群与射电源空间重合的MIR/射电源，其MIR色指数比标准模板更红，表明存在显著的尘埃消光。
• NGC1808中的MIR/射电源表现出较窄范围的10.4/11.9通量比，而NGC1365中的源则形成一个序列，11.9/12.9比值较低，表明硅酸盐吸收更深或消光更强。
• 采用尘埃屏近似模型的建模表明，对于300 K的黑体，视觉消光（A_V）值可达数个量级（最高约50），与强烈的硅酸盐吸收特征一致。
• 10.4/12.9通量比随厘米波段谱指数增加而增加的相关性表明，存在一个演化序列：尘埃包层逐渐消散，电离辐射通量随时间降低（约5 Myr的星团）。
• MIR/射电源最合理的解释是：年轻的、大质量星团（约10⁶ M⊙），仍嵌入在致密的尘埃包层中，正在进行恒星形成，且电离辐射场在演化。