[논문 리뷰] Radio Sources in Low-Luminosity Active Galactic Nuclei.IV. Radio Luminosity Function, Importance of Jet Power, and Radio Properties of the Complete Palomar Sample

Neil M. Nagar, H. Falcke외 1명|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|2005. 02. 25.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 125인용 수 169

한 줄 요약

이 연구는 팔로마 샘플의 200개의 저광도 활성은하핵(LLAGNs)에 대한 완전한 고해상도 전파 조사 결과를 제시하며, 절반 이상이 밀도 높은 전파 핵과 나노세컨드 길이의 제트를 보유하고 있음을 발견하여, 질량을 흡수하는 블랙홀의 존재를 시사한다. 주요 결과는 LLAGNs에서 복사된 빛의 세기보다 제트의 운동에너지가 에너지 출력을 지배하며, 제트가 가스 공급을 조절할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We present the completed results of a high resolution radio imaging survey of all (~200) low-luminosity active galactic nuclei (LLAGNs) and AGNs in the Palomar Spectroscopic Sample. The high incidences of pc-scale radio nuclei, with T(brightness) >=10^7 K, and sub-parsec jets argue for accreting black holes in >=50% of all LINERs and low-luminosity Seyferts; there is no evidence against all LLAGNs being mini-AGNs. The radio luminosity function (RLF) of Palomar Sample LLAGNs and AGNs extends three orders of magnitude below, and is continuous with, that of `classical' AGNs. We find marginal evidence for a low-power turnover in the RLF; nevertheless LLAGNs are responsible for a significant fraction of present day mass accretion. Adopting the jet model of Falcke & Biermann, we show that the accretion energy output in LLAGNs is dominated by the energy in the observed jets rather than the radiated bolometric luminosity. The Palomar LLAGNs and AGNs follow the same scaling between jet power and narrow line region (NLR) luminosity as the pc to kpc jets in powerful radio galaxies. Eddington ratios of <= 10^{-1} - 10^{-5} are implied in jet models of the radio emission. We find evidence that, in analogy to Galactic black hole candidates, LINERs are in a `low/hard' state (gas poor nuclei, low Eddington ratio, ability to launch collimated jets) while low-luminosity Seyferts are in a `high' state (gas rich nuclei, higher Eddington ratio, less likely to launch collimated jets). The jets are energetically more significant than supernovae in the LLAGN host galaxies, and are potentially able to deposit sufficient energy into the innermost parsecs to significantly slow the gas supply to the accretion disk.

연구 동기 및 목표

• 저광도 활성은하핵(LLAGNs)에서 밀도 높은 전파 핵과 제트의 보편성을 규명하고, 이를 통해 흡착 물리학에 미치는 영향을 평가하는 것.
• LLAGNs의 전파 빛의 세기 함수(RLF)를 구축하고, 고전적 AGNs와 비교하여 천체적 흡착에서의 역할을 평가하는 것.
• 상대론적 제트 모델을 적용하여 LLAGNs에서 제트의 운동에너지가 복사 빛의 세기보다 더 우세한지 평가하는 것.
• 에딩턴 비율, 핵 상태(예: '낮음/하드' 상태 대비 '높음' 상태) 및 제트 생성 효율 간의 관계를 LLAGNs에서 조사하는 것.

제안 방법

• 팔로마 스펙트로스코픽 샘플의 모든 200개 LLAGNs에 대해 15 GHz 및 8.4 GHz에서 고해상도 전파 영상 촬영(VLBI 및 개구면 합성)을 수행하였다.
• 핵 영역의 전파 빛의 세기와 밝기 온도를 측정하여, T_b ≥ 10^7 K인 밀도 높은 비열성 전파 핵을 식별하였으며, 이는 상대론적 제트에서 비열성 방출을 나타낸다.
• 공간 밀도 및 빛의 세기 데이터를 사용하여 LLAGNs의 전파 빛의 세기 함수(RLF)를 구축하였으며, log ρ ∝ -0.78 × log L_15 GHz 형태의 피팅을 수행하여 저광도에서의 전환점 존재에 대한 간접적 증거를 확보하였다.
• Falcke & Biermann의 상대론적 제트 모델을 적용하여 제트의 운동에너지 추정치를 산출하고, 복사 빛의 총 에너지와 비교하였다.
• 제트의 운동에너지와 좁은 선 영역(NLR) 빛의 세기 간의 상관관계를 분석하여 강력한 전파 은하와의 척도 관계를 검증하였다.
• 주변 구조 및 발광선 유형(LINER 대비 저광도 세이프트)에 따라 LLAGNs를 분류하여, 흡착 상태 및 제트 효율성의 차이를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 저광도 AGNs 중 얼마나 많은 비율이 밀도 높은 전파 핵과 나노세컨드 길이의 제트를 보유하고 있으며, 이는 흡착하는 블랙홀 존재에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ2 LLAGNs의 전파 빛의 세기 함수(RLF)는 고전적 AGNs와 어떻게 비교되며, 저광도 영역에서 전환점이 존재하는가에 대한 증거는 있는가?
• RQ3 LLAGNs에서 제트의 운동에너지가 복사 빛의 세기보다 더 우세한가? 그리고 이는 복사 빛의 세기와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 LINER과 저광도 세이프트는 에딩턴 비율, 핵 영역의 기체 밀도, 제트 생성 효율성에서 다름을 보이며, 이는 서로 다른 흡착 상태를 시사하는가?
• RQ5 LLAGNs의 전파 제트가 은하계 내부 매질에 충분한 에너지를 공급하여 흡착 디스크로의 가스 유입을 조절할 수 있는가?

주요 결과

• LINER 및 저광도 세이프트의 50퍼센트 이상이 밝기 온도 ≥ 10^7 K인 밀도 높은 전파 핵을 보유하고 있으며, 이는 흡착하는 블랙홀의 존재를 시사한다; 모든 LLAGNs가 미니-AGNs임을 반박할 만한 증거 없음.
• 팔로마 LLAGNs의 전파 빛의 세기 함수(RLF)는 고전적 AGNs보다 세 배수 정도 낮은 영역까지 연장되며, log L_15 GHz ≈ 19 근처에서 저광도 전환점 존재에 대한 약간의 증거를 보인다.
• LLAGNs에서 제트의 운동에너지가 복사 빛의 총 에너지보다 약 2배에서 >100배 이상 우세하여, 제트가 주요 에너지 출력 메커니즘임을 시사한다.
• LLAGNs는 강력한 전파 은하와 동일한 제트 운동에너지와 NLR 빛의 세기 간의 척도 관계를 따르며, 이는 제트-흡착 간의 보편적 연결성을 시사한다.
• 제트 모델에서의 에딩턴 비율은 10^{-1}에서 10^{-5} 사이이며, LINER은 '낮음/하드' 상태(낮은 에딩턴 비율, 기체가 적고, 제트 생성 효율이 높음)에 있으며, 저광도 세이프트는 '높음' 상태(더 높은 에딩턴 비율, 기체가 많고, 제트 생성 효율이 낮음)에 있다.
• LLAGNs의 전파 제트는 주변 은하계의 초신성보다 에너지적으로 더 중요하며, 내부 파섹 영역에 충분한 에너지를 공급하여 흡착 디스크로의 가스 유입 속도를 느리게 만들 수 있다.