[论文解读] The Far-Infrared emission of Radio Loud and Radio Quiet Quasars

M. Polletta, T. Courvoisier+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2000

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 5被引用 4

一句话总结

本研究利用ISO、IRAM、SCUBA和ESO的多波段数据，分析了22个类星体（包括射电噪、射电中等和射电安静型）从远红外到射电波段的光谱能量分布（SED）。结果表明，除平谱射电噪类星体（FSRQ）外，所有类星体的中远红外波段主要由活动星系核（AGN）的光学/紫外辐射加热的热尘埃辐射主导；在FSRQ中，非热同步辐射成分掩盖了热尘埃成分。各类星体的尘埃性质（温度、质量、大小、亮度）在统计上无显著差异，表明无论射电亮度如何，AGN外部结构相似。

ABSTRACT

Continuum observations at radio, millimetre, infrared and soft X-ray energies are presented for a sample of 22 quasars, consisting of flat and steep spectrum radio loud, radio intermediate and radio quiet objects. The primary observational distinctions, among the different kinds of quasars in the radio and IR energy domains are studied using large observational datasets provided by ISOPHOT on board the Infrared Space Observatory, by the IRAM interferometer, by the sub-millimetre array SCUBA on JCMT, and by the European Southern Observatory (ESO) facilities IRAC1 on the 2.2 m telescope and SEST. The spectral energy distributions of all quasars from radio to IR energies are analyzed and modeled with non-thermal and thermal spectral components. The dominant mechanism emitting in the far/mid-IR is thermal dust emission in all quasars, with the exception of flat spectrum radio loud quasars for which the presence of thermal IR emission remains rather uncertain, since it is difficult to separate it from the bright non-thermal component. The dust is predominantly heated by the optical/ultraviolet radiation emitted from the external components of the AGN. A starburst contributes to the IR emission at different levels, but always less than the AGN (< 27%). The distribution of temperatures, sizes, masses, and luminosities of the emitting dust are independent of the quasar type.

研究动机与目标

• 确定不同射电光度类星体在远红外和中红外波段的主要辐射机制。
• 评估射电噪、射电中等和射电安静类星体之间尘埃性质（温度、质量、大小、亮度）是否存在显著差异。
• 研究非热（同步辐射）与热（尘埃）成分在红外波段的相互作用，特别是在平谱射电噪类星体中的表现。
• 评估星暴对不同类星体红外辐射的贡献，相对于活动星系核（AGN）的贡献大小。
• 检验观测到的射电光度差异是否反映中心引擎本质差异，或环境因素的影响。

提出的方法

• 利用ISO上的ISOPHOT、IRAM干涉仪、JCMT上的SCUBA、ESO 2.2米望远镜上的IRAC1以及SEST，收集从射电到软X射线能量波段的多波段连续谱观测数据。
• 构建并建模从射电到红外波段的光谱能量分布（SED），采用非热（同步辐射）和热（灰体）成分。
• 利用远红外与亚毫米波段之间的谱指数（Fν ∝ ν^α）区分热辐射（α > 2.5）与非热辐射（α < 2.5），辅以变异性与偏振特性进行验证。
• 从射电数据外推非热同步辐射成分，估算其对红外波段的贡献，从而分离出剩余的热辐射成分。
• 通过在扣除非热成分后，对观测到的红外数据拟合灰体函数，推导出尘埃温度、质量、大小和亮度。
• 比较各类星体的光度与物理参数，评估尘埃性质与辐射机制在统计上的差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 对于射电噪、射电中等和射电安静类星体，远红外和中红外波段的主要辐射机制是什么？
• RQ2 不同射电亮度类星体的尘埃物理性质（温度、质量、大小、亮度）是否存在显著差异？
• RQ3 星暴对这些类星体红外辐射的贡献程度如何？是否与AGN贡献相当或更小？
• RQ4 明亮且具有平谱的非热成分如何影响平谱射电噪类星体中热尘埃辐射的探测与解释？
• RQ5 观测到的射电噪类星体与射电安静类星体之间的射电光度差异，是源于中心引擎的内在差异，还是环境因素？

主要发现

• 除平谱射电噪类星体（FSRQ）外，所有类星体在远红外和中红外波段的主要辐射机制为活动星系核外区光学/紫外辐射加热的热尘埃辐射；在FSRQ中，非热同步辐射成分占主导并掩盖了热尘埃成分。
• 估算的尘埃温度范围为43 K至1900 K，大小为0.06 pc至9.0 kpc，质量为6 × 10⁴ M⊙至4 × 10⁷ M⊙，各类星体之间无显著差异。
• 通过积分灰体成分得到的总红外光度范围为2 × 10¹¹ L⊙至760 × 10¹¹ L⊙，在射电噪、中等和安静类星体之间无统计显著差异。
• 星暴对红外辐射的贡献始终不超过总量的27%，表明在所有类星体类型中AGN主导了红外输出。
• 在从射电数据外推并扣除非热同步辐射成分后，各类星体的剩余红外辐射表现出相似的谱形与光度，无论其射电特性如何。
• 结果表明，射电安静类星体与谱指数较陡的射电噪类星体之间的主要差异存在于最内层核区，后者在软X射线与高能波段的发射更强，而外区AGN与尘埃成分则相似。