[論文レビュー] The dusty heart of nearby active galaxies. I. High-spatial resolution mid-IR spectro-photometry of Seyfert galaxies

S. Hoenig, Makoto Kishimoto+6 more|arXiv (Cornell University)|Mar 3, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 76被引用数 90

ひとこと要約

本研究では、VLT/VISIRを用いて19個の近傍セイファート銀河の高空間分解能中赤外分光・画像測定を行い、100 pc未塔のスケールでほこりの円盤（トーラス）の放射を解像した。中赤外スペクトル指数αとシリケート特徴の強度を併用することで、径方向のほこり分布（べき乗法則指数a ≈ −1.0 ± 0.5）と視線方向の平均雲数N₀ ≈ 5–8を制約した。これはクラッピー・トーラスモデルを支持しており、トーラス構造に光度依存的変化が生じる可能性を示唆している。

ABSTRACT

We present 8-13 micron imaging and spectroscopy of 9 type 1 and 10 type 2 AGN obtained with the VLT/VISIR instrument at spatial resolution <100 pc. The emission from the host galaxy sources is resolved out in most cases. The silicate absorption features are moderately deep and emission features are shallow. We compare the mid-IR luminosities to AGN luminosity tracers and found that the mid-IR radiation is emitted quite isotropically. In two cases, IC5063 and MCG-3-34-64, we find evidence for extended dust emission in the narrow-line region. We confirm the correlation between observed silicate feature strength and Hydrogen column density recently found in Spitzer data. In a further step, our 3D clumpy torus model has been used to interpret the data. We show that the strength of the silicate feature and the mid-IR spectral index can be used to get reasonable constraints on the dust distribution in the torus. The mid-IR spectral index, alpha, is almost exclusively determined by the radial dust distribution power-law index, a, and the silicate feature depth is mostly depending on the average number of clouds, N0, along an equatorial line-of-sight and the torus inclination. A comparison of model predictions to our type 1 and type 2 AGN reveals typical average parameters a=-1.0+/-0.5 and N0=5-8, which means that the radial dust distribution is rather shallow. As a proof-of-concept of this method, we compared the model parameters derived from alpha and the silicate feature to more detailed studies of IR SEDs and interferometry and found that the constraints on a and N0 are consistent. Finally, we might have found evidence that the radial structure of the torus changes from low to high AGN luminosities towards steeper dust distributions, and we discuss implications for the IR size-luminosity relation. (abridged)

研究の動機と目的

• 高空間分解能中赤外データを用いてAGNのほこりトーラスの物理的性質を特徴づけること。
• 観測された中赤外スペクトル的特徴とモデル予測を比較することで、3次元クラッピー・トーラスモデルの妥当性を検証すること。
• タイプ1とタイプ2のAGNにおける径方向のほこり分布および雲の幾何学的配置に差が生じるかを調査し、統一モデルを支持または挑戦すること。
• 特に低光度と高光度の状況において、トーラス構造、特に径方向のほこり分布のべき乗法則指数aに光度依存的変化が生じるかを探索すること。
• 独立した干渉計測定およびSEDデータを用いて、中赤外スペクトル指数αおよびシリケート特徴の強度が、トーラスパラメータの代替指標として信頼できるかを検証すること。

提案手法

• 9個のタイプ1および10個のタイプ2セイファート銀河に対して、VLT/VISIRを用いて高空間分解能中赤外画像および低分解能分光計測（8–13 μm）を実施した。
• データは100 pc未塔のスケールの放射を解像しており、主系列銀河の星形成による汚染を最小限に抑えた。
• 中赤外スペクトル指数αは観測された放射束密度の勾配から導出された。シリケート特徴の強度は、τ_silicateまたはF_Si/F_cを用いて測定された。
• 3次元クラッピー・トーラスモデルを用いて、観測された中赤外SEDを再現し、パラメータa（径方向のほこり分布）、N₀（視線方向の平均雲数）、および傾斜角iを変化させた。
• モデル予測を観測されたαおよびシリケート特徴の強度と比較することで、個々の対象および全サンプル全体のaおよびN₀を制約した。
• NGC 1068およびNGC 3783の独立した干渉計測およびSEDデータを用いて、この手法の妥当性を検証した。その結果、導出されたパラメータが一貫しており、信頼できる代替指標であることが確認された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中赤外スペクトル指数αおよびシリケート特徴の強度を併用することで、クラッピー・トーラスモデルにおける径方向のほこり分布（a）および平均雲数（N₀）を同時に制約できるか？
• RQ2 タイプ1とタイプ2セイファート銀河におけるトーラスパラメータ（aおよびN₀）に顕著な差が生じるか。これは統一モデルと整合的か？
• RQ3 AGNの光度に応じて、トーラス内の径方向のほこり分布が変化するか。特に低光度と高光度の状況でその傾向が異なるか？
• RQ4 中赤外スペクトル指数αおよびシリケート特徴の強度を、完全なSEDや干渉計測データが得られない状況でも、トーラスパラメータの信頼できる代替指標として使用できるか？
• RQ5 中赤外データから導出されたトーラスパラメータは、完全なSEDモデリングおよび赤外干渉計測から得られたものと一致するか？

主な発見

• 中赤外スペクトル指数αは主に径方向のほこり分布のべき乗法則指数aに敏感であり、αはほぼ完全にaによって決定される。
• シリケート特徴の強度は、主に視線方向の平均雲数N₀およびトーラスの傾斜角iに依存する。
• サンプル全体ではa = −1.0 ± 0.5およびN₀ = 5–8の典型的な値を示し、タイプ1とタイプ2のAGN間に有意な差は認められず、統一モデルを支持する。
• シリケート特徴の強度と水素吸収光学厚さの間に相関が認められ、τ_silicate ∝ 0.14 × log N_H と表される。
• 低光度AGNではやや浅いほこり分布（a ≈ −1.0）を示す可能性があるが、高光度AGNではより急な分布（a ≈ −2 から −3）を示す可能性があり、これは今後の確認を要する。
• αおよびシリケート特徴の強度から導出されたパラメータは、NGC 1068およびNGC 3783の完全なSEDモデリングおよび干渉計測結果と一貫しており、この手法がトーラス構造を信頼できる代替指標として有効であることが検証された。