[論文レビュー] Radiative Driving of the AGN Outflows in the Narrow-Line Seyfert 1 Galaxy NGC 4051

Beena Meena, D. M. Crenshaw+6 more|arXiv (Cornell University)|Mar 22, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 137被引用数 22

ひとこと要約

本研究は、ハッブル宇宙望遠鏡およびアパッチ・ポイント天文台の分光法および画像撮影を用いて、低等級の幅線セイフェルト1型銀河NGC 4051における放射駆動型吹き出しを調査する。放射圧が主な駆動力である二重錐型吹き出しモデルを提案し、イオン化ガスが特徴的な質量関連ブラックホールの約0.5 pc圏内で発生し、最大680 km s−1の速度に達し、約1 kpcまで拡張する。主な発見は、NGC 4051のような低等級AGNにおける吹き出しは小半径に限定され、3 pcを超えては局所的加速を示さないのに対し、高等級系とは対照的である。

ABSTRACT

We explore the properties of ionized gas in the nuclear and circumnuclear environment of the narrow-line Seyfert 1 galaxy NGC 4051 using spectroscopic and imaging observations from the Hubble Space Telescope (HST) and Apache Point Observatory (APO)'s ARC 3.5m Telescope. We identify an unresolved moderate-density intermediate width component and a high-density broad component in the optical emission lines from the active nucleus, as well as spatially-resolved emission extending up to $\sim$1 kpc in the AGN ionized narrow-line region (NLR) and $\sim$8 kpc in the stellar ionized host galaxy. The HST narrow-band image reveals a distinct conical structure in [O III] emission towards the NE, and the ionized gas kinematics shows up to two blueshifted velocity components, indicating outflows along the edges of a cone. We introduce an improved model of biconical outflow, with our line of sight passing through the wall of the cone, which suggests that the large number of outflowing UV absorbers seen in NGC 4051 are NLR clouds in absorption. Using the de-projection factors from the biconical geometry, we measure true outflow velocities up to 680 km s$^{-1}$ at a distance of $\sim$350 pc, however, we do not find any rotational signature inside a projected distance $\leq$ 10'' ($\sim$800 pc) from the nucleus. We compare the gas kinematics with analytical models based on a radiation-gravity formalism, which show that most of the observed NLR outflows are launched within $\sim$0.5 pc of the nucleus and can travel up to $\sim$1 kpc from this low-luminosity AGN.

研究の動機と目的

• 低等級AGNであるNGC 4051におけるイオン化ガス吹き出しの起源と運動学的性質を理解すること。
• 放射駆動が低等級AGNにおいて吹き出しを発生および維持できるかどうかを特定すること。
• 放射圧と重力抵抗が吹き出し構造に与える役割を評価すること。
• NGC 4051におけるUV吸収体が、吸収状態のNLR雲であるという仮説を検証すること。

提案手法

• 高分解能分光法および[O III]およびHβ発光線の画像撮影に、ハッブル宇宙望遠鏡（HST）のSTISおよびWFC3データを用いた。
• HSTの視野外への空間的カバレッジを拡張するため、APO DISおよびARCTIC分光法を統合した。
• 視線が錐体の側面を通る二重錐型吹き出しモデルを構築し、観測された速度および距離を補正した。
• 放射圧と重力減速を組み込んだ放射-重力形式を用いて、吹き出しの力学的挙動をモデル化した。
• 光電離モデルを用いてガス密度およびイオン化構造を推定し、線比およびFWHMによる制約を加えた。
• 発生距離および速度を等級と照らし合わせ、AGNフィードバックにおけるスケーリング関係を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 4051の幅線領域におけるイオン化ガス吹き出しの空間的拡張範囲および運動学的構造は何か？
• RQ2 投影効果を補正した真の吹き出し速度および距離は何か？
• RQ3 放射駆動のみで、この低等級AGNにおける観測された吹き出し特性を説明できるか？
• RQ4 NGC 4051に多数存在するUV吸収体は、吸収状態のNLR雲と整合的か？
• RQ5 AGN等級に応じた吹き出しの拡張範囲および効率は、高等級系と比較してどのように変化するか？

主な発見

• NLR吹き出しは核からの距離が約1 kpcまで拡張し、投影距離約350 pcで最大速度約680 km s−1を示す。
• 二重錐型幾何学的モデルを用いた真の吹き出し速度の導出により、視線が錐体の側面を通っていることが確認され、赤シフト成分が観測されない理由が説明された。
• 吹き出し雲はSMBHから約0.5 pc圏内で発生する（力増幅率M = 500の場合）、3 pcを超えては局所的加速の兆候は認められない。
• 約0.24 pcの半径における中程度密度の中間線領域（ILR）成分は、FWHMが1010 km s−1で、−110 km s−1のブルーシフトを示し、吹き出し起源と整合的である。
• HST分光法における多数のUV吸収体は、NLR雲が吸収状態で観測されたものとして最も適切に説明され、その速度範囲（0から−650 km s−1）がNLR吹き出しと一致する。
• 1 kpcを超える領域では、ガスは星間物質によってイオン化され、銀河平面で回転しており、FWHMが小さいため、顕著な拡張NLRやENLRはNGC 4051に存在しない。