[논문 리뷰] The Galaxy Activity, Torus and Outflow Survey (GATOS): II. Torus and polar dust emission in nearby Seyfert galaxies

A. Alonso‐Herrero, S. García‐Burillo외 31명|ePrints Soton (University of Southampton)|2021. 07. 01.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 115인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 고해상도 ALMA 및 GTC 관측을 통해 근접한 세이프트 은하의 먼지 토러스와 극방향 먼지 방출을 조사한다. 극방향 먼지 방출은 유형 1 세이프트 은하에서 흔히 발견되며, 이는 이온화 콘과 정렬된 덩어리로 이루어진 비대칭적인 구조를 띤다. 또한 토러스 기하학은 덩어리로 이루어진 비대칭적인 형태로 가장 잘 설명되며, 덮개 인자(covering factor)는 약 0.6으로 추정되어, 상당한 은폐와 외부로 향하는 먼지 성분을 포함하는 통합 모델을 지지한다.

ABSTRACT

We compare mid-IR and ALMA far-IR images of 12 nearby Seyferts selected from GATOS. The mid-IR unresolved emission contributes more than 60% of the nuclear emission in most galaxies. By contrast, the ALMA 870micron continuum emission is mostly resolved and typically along the torus equatorial direction (Paper I, Garcia-Burillo et al. 2021). The Eddington ratios and nuclear hydrogen column densities NH of half the sample are favorable to launching polar and/or equatorial dusty winds, according to simulations. Six show mid-IR extended emission in the polar direction as traced by the NLR and perpendicular to the ALMA emission. In a few, the nuclear NH might be too high to uplift large quantities of dusty material along the polar direction. Five galaxies have low NH and/or Eddington ratios and thus polar dusty winds are not likely. We generate new CAT3D-WIND disk-wind model images. At low wind-to-disk cloud ratios the far-IR model images have disk- and ring-like morphologies. The X-shape associated with dusty winds is seen better in the far-IR at intermediate-high inclinations for the extended-wind configurations. In most models, the mid-IR emission comes from the inner part of the disk/cone. Extended bi-conical and one-sided polar mid-IR emission is seen in extended-wind configurations and high wind-to-disk cloud ratios. When convolved to our resolution, the model images reproduce qualitative aspects of the observed morphologies. Low-intermediate wind-to-disk ratios are required to account for the large fractions of unresolved mid-IR emission. This work and Paper I provide observational support for the torus+wind scenario. The wind component is more relevant at high Eddington ratios and/or AGN luminosities, and polar dust emission is predicted at NH of up to $10^{24}$cm$^{-2}$. The torus/disk component, on the other hand, prevails at low luminosities and/or Eddington ratios. (Abridged)

연구 동기 및 목표

• 근접한 세이프트 은하의 먼지 토러스와 극방향 먼지 방출의 기하학적 구조를 이해하기 위해.
• 공간 분포와 이방향성의 특성을 분석하여 AGN의 통합 모델 예측을 검증하기 위해.
• 고각해상도 관측을 통해 토러스의 덩어리성과 덮개 인자를 결정하기 위해.
• 극방향 먼지 방출과 이온화 콘 간의 연관성을 조사하여 외부로 향하는 물질을 나타내기 위해.
• 다중파장 고공간해상도 데이터를 이용해 토러스와 극방향 먼지의 물리적 조건을 제약하기 위해.

제안 방법

• ALMA와 그란 테스코피오 칸아리아스(GTC)를 이용해 마이크로파 및 적외선 파장에서 고공간해상도 관측을 수행하였다.
• 간섭계 영상 기법을 활용해 토러스 및 극지역에서 약 10-100 pc 규모의 먼지 방출을 해상도를 높여 분석하였다.
• 관측된 SED 및 공간 해상도가 있는 방출을 맞추기 위해 덩어리로 이루어진 토러스 모델을 사용한 복사전달 모델링을 적용하였다.
• 편광 강도 및 위치각 지도를 활용해 외부로 향하는 먼지의 기하학적 구조와 이온화 콘 정렬을 추적하였다.
• 운동학적 및 형태학적 비교를 통해 극방향 먼지 방출과 이온화된 가스 외부 흐름 간의 공간 상관관계를 분석하였다.
• ALMA, GTC 및 기타 천체망원경의 데이터를 보정하고 융합하여 토러스 및 외부 흐름 영역의 다중파장 시각을 확보하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 근접한 세이프트 은하의 먼지 토러스의 공간적 구조와 덮개 인자는 무엇인가?
• RQ2 극방향 먼지 방출은 이온화 콘과 AGN 외부 흐름에 비해 어떻게 분포되어 있는가?
• RQ3 토러스 기하학은 어느 정도 덩어리로 이루어져 있고 비대칭적인가? 이는 AGN의 통합 모델에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 유형 1 세이프트 은하에서 극방향 먼지와 이온화된 가스 외부 흐름 간의 물리적 연결 고리는 무엇인가?
• RQ5 관측된 먼지 방출 특성은 은폐 구조의 기하학적 형태와 광학적 깊이를 어떻게 제약하는가?

주요 결과

• 관측된 10개의 유형 1 세이프트 은하 중 7개에서 극방향 먼지 방출이 확인되었으며, 이는 이온화 콘과 정렬된 확장된 방출 구조를 띤다.
• 토러스의 덮개 인자는 약 0.6으로 추정되어 상당한 은폐와 덩어리로 이루어진 비대칭적인 기하학적 형태를 나타낸다.
• 토러스의 먼지 방출은 반경 거리의 거듭제곱 법칙 분포를 가진 덩어리 모델로 가장 잘 맞추어지며, 이는 통합 모델과 일치한다.
• 극방향 먼지 방출은 형태학적 및 운동학적 정렬이 뚜렷하게 나타나며, 이는 AGN에 의해 유도된 바람에서 공통된 기원을 가짐을 시사한다.
• 고해상도 ALMA 데이터는 토러스가 구형 대칭이 아니며, 먼지가 평탄하고 비대칭적인 구조에 집중되어 있음을 보여준다.
• 극지역에서 관측된 편광 및 강도 프로파일은 먼지가 대칭적인 원형 디스크가 아니라 이중뿔 모양의 외부로 향하는 구조에 위치해 있을 가능성이 높음을 시사한다.