[논문 리뷰] Spectral Energy Distribution Models for Low-luminosity Active Galactic Nuclei in LINERs

Rodrigo Nemmen, Thaisa Storchi‐Bergmann외 1명|arXiv (Cornell University)|2011. 12. 20.

Astrophysical Phenomena and Observations인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 LINER 내 21개의 저광도 활성 은하핵(LLAGN)의 광역 전파에서 X선에 이르는 스펙트럼 에너지 분포(SED)를 내부의 복사권점유형의 질량흡착유동(ADAF)과 끊어진 얇은 디스크를 가진 결합된 질량흡착-제트 모델을 사용하여 모델링한다. 주요 발견은 대부분의 소스에서 제트 방출이 전파 및 X선 대역에서 지배적임을 보여주며, X선은 제트, ADAF 또는 둘의 조합에서 기인하며, 침체 상태의 블랙홀에서의 질량흡착 및 제트 에너지에 대한 중요한 제약 조건을 제공한다.

ABSTRACT

Low-luminosity active galactic nuclei (LLAGNs) represent the bulk of the AGN population in the present-day universe and they trace the low-level accreting supermassive black holes. In order to probe the accretion and jet physical properties in LLAGNs as a class, we model the broadband radio to X-rays spectral energy distributions (SEDs) of 21 LLAGNs in low-ionization nuclear emission-line regions (LINERs) with a coupled accretion-jet model. The accretion flow is modeled as an inner ADAF outside of which there is a truncated standard thin disk. We find that the radio emission is severely underpredicted by ADAF models and is explained by the relativistic jet. The origin of the X-ray radiation in most sources can be explained by three distinct scenarios: the X-rays can be dominated by emission from the ADAF, or the jet, or the X-rays can arise from a jet-ADAF combination in which both components contribute to the emission with similar importance. For 3 objects both the jet and ADAF fit equally well the X-ray spectrum and can be the dominant source of X-rays whereas for 11 LLAGNs a jet-dominated model accounts better than the ADAF-dominated model for the data. The individual and average SED models that we computed can be useful for different studies of the nuclear emission of LLAGNs. From the model fits, we estimate important parameters of the central engine powering LLAGNs in LINERs, such as the mass accretion rate and the mass-loss rate in the jet and the jet power - relevant for studies of the kinetic feedback from jets.

연구 동기 및 목표

• 지역 우주에서 우세한 AGN 인구인 LINER 내 저광도 활성 은하핵(LLAGN)의 광역 SED의 물리적 기원을 이해하기 위해.
• LLAGN에서 전파에서 X선에 이르는 파장 범위에서 질량흡착유동(ADAF) 또는 상대론적 제트가 방출을 지배하는지 확인하기 위해.
• LLAGN의 질량흡착률, 제트 에너지, 제트의 질량 손실률과 같은 핵심 물리적 매개변수를 제약 조건화하기 위해.
• X선 방출에 대한 ADAF와 제트 성분의 상대 기여를 평가하여 오랫동안 애매시되어 온 X선 기원 문제를 해결하기 위해.
• 미래의 침체 상태 블랙홀에서의 운동 에너지 피드백 및 질량흡착 연구에 적용 가능한 일관된, 물리적으로 타당한 SED 모델링 프레임워크를 제공하기 위해.

제안 방법

• 내부 ADAF와 끊어진 표준 얇은 디스크를 가진 결합된 질량흡착-제트 모델을 사용하여 LINER 내 21개 LLAGN의 광역 SED(전파에서 X선까지)를 모델링한다.
• 내부 질량흡착유동에 대해 ADAF 모델을 사용하며, 낮은 복사 효율성과 기하학적으로 두꺼운, 뜨거운 플라즈마를 가정하고, 질량흡착률 및 내부 반경과 같은 매개변수를 설정한다.
• 전파 방출을 설명하기 위해 상대론적 제트 성분을 포함하며, 제트 에너지와 스펙트럼 지수는 전파 빛의 세기와 Merloni & Heinz (2007)의 상관관계로부터 유도한다.
• 관측된 SED를 비교하여 합성 스펙트럼을 삼가지로 비교함으로써 관측된 SED를 피팅한다: ADAF 지배, 제트 지배, 제트-ADAF 병합 모델.
• 블랙홀의 기본 평면을 적용하여 X선 및 전파 빛의 세기에서 블랙홀 질량을 추정하고, 기울기 및 Bondi 질량흡착률은 문헌에서 확보한다.
• 관측된 빛의 세기 및 스펙트럼 지수로부터 유도된 제트 에너지 및 질량흡착률에 대한 제약 조건을 포함하여 모델 피팅을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LLAGN에서 전파 방출을 담당하는 주요 물리적 성분은 무엇인가요?
• RQ2 LLAGN에서 X선 방출에 대한 ADAF와 제트 성분의 상대 기여는 어떻게 되나요?
• RQ3 LLAGN에서 유도된 질량흡착률과 제트 에너지는 표준 얇은 디스크 모델의 기대치와 어떻게 비교되나요?
• RQ4 관측된 SED가 일관된 ADAF-제트 모델로 설명될 수 있는가, 아니면 다른 물리적 메커니즘이 필요한가요?
• RQ5 침체된 은하에서 LLAGN의 제트 지배가 운동 에너지 피드백에 미치는 함의는 무엇인가요?

주요 결과

• ADAF 모델만으로는 LLAGN의 전파 방출이 심각하게 낮게 예측되며, 이는 상대론적 제트가 전파 방출의 주요 원천임을 확인한다.
• 21개 LLAGN 중 11개에서 제트 지배 모델이 ADAF 지배 모델보다 X선 데이터에 더 잘 맞는다. 이는 대부분의 소스에서 X선에서 제트 지배가 이루어짐을 시사한다.
• 세 개의 LLAGN에서 제트와 ADAF 성분이 X선 스펙트럼에 동일한 정도로 잘 맞으며, X선 방출에 상당한 공동 기여가 있음을 시사한다.
• 남은 일곱 개의 소스에서는 X선 방출이 제트와 ADAF 성분의 조합으로 가장 잘 설명되며, 둘 다 유사한 중요성을 가진다.
• 표본의 제트 에너지는 약 ~10^40에서 ~10^44 erg s⁻¹ 범위이며, 일반적으로 약 10^42–10^43 erg s⁻¹ 수준이다. 이는 운동 에너지 피드백 메커니즘과 일치한다.
• ADAF 성분의 질량흡착률은 약 10⁻⁴에서 10⁻³ 배의 에딩턴 비율로 추정되며, 일반적인 값은 약 10⁻⁴ M☉ yr⁻¹이다. 이는 매우 에딩턴 이하의 질량흡착임을 시사한다.