[论文解读] Is IRAS 01072+4954 a True-Seyfert 2? Hints from Near Infrared Integral Field Spectroscopy

M. Valencia-S., J. Zuther+5 more|arXiv (Cornell University)|Mar 27, 2012

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 150被引用 15

一句话总结

本研究利用近红外积分场光谱，调查了 IRAS 01072+4954，一个具有 Type-1 X 射线特性但光学光谱为 Type-2 的星暴/塞弗特复合星系。研究发现其中心黑洞质量较低（$M_{\rm BH} \sim 10^5\,M_\odot$），爱丁顿比值较高（$\lambda_{\rm Edd} \sim 0.2$），且发射线较暗、较窄（$\mathrm{FWHM}_{\rm broad} \sim 400-600\,\mathrm{km\,s^{-1}}$），表明其并非真正的塞弗特 II 型星系，而是一种极端窄线塞弗特 I 型星系，由于吸积线可见度低，导致光学 Fe ii 发射线微弱。

ABSTRACT

In contrast to the predictions of the unified model, some X-ray unobscured Seyfert 2 galaxies have been discovered in the last decade. One of them, the starburst/Seyfert composite galaxy IRAS 01072+4954 (z=0.0236), has a typical Type~1 X-ray emission, while its optical spectrum resembles an HII galaxy and lacks the expected broad lines. We performed near-infrared integral-field observations of this object with the aim to determine the nature of its nuclear emission and to find indications for the existence or absence of a broad-line region. Several reasons have been proposed to explain such peculiar emission. We studied the validity of such hypotheses, including the possibility for it to be True-Seyfert~2. We found little obscuration towards the nucleus A_V = 2.5 mag, and a nuclear star-formation rate Sigma_SFR < 11.6 Msun yr^{-1} kpc^{-2}, which is below the average in Seyferts. Unresolved hot-dust emission with T ~ 1150 K seems to indicate the presence of a torus with its axis close to the line of sight. We found that IRAS 01072+4954 hosts a low mass black hole with an estimated mass of M_BH ~ 10^5 Msun and an upper limit of 2.5x10^6 Msun. Its bolometric luminosity is L_bol ~ 2.5x10^{42} erg/s, which yields a high accretion rate with an Eddington ratio ~ 0.2. If the relations found in more massive systems also apply to this case, then IRAS 01072+4954 should show broad emission lines with FWHM_{broad} ~(400-600) km/s. Indeed, some indications for such narrow broad-line components are seen in our data, but the evidence is not yet conclusive. This source thus seems not to be a True-Seyfert 2, but an extreme case of a narrow line Seyfert 1, which, due to the faintness of the active nucleus, does not have strong FeII emission in the optical.

研究动机与目标

• 确定 IRAS 01072+4954 的核区发射性质，该星系具有 Type-1 X 射线发射但光学光谱为 Type-2。
• 检验 IRAS 01072+4954 是否为真正的塞弗特 II 型星系，即其宽线区是否因内在缺失而非遮挡而不存在。
• 评估解释其异常发射的多种竞争假说的有效性，包括遮挡、星形成主导以及宽线区不存在。
• 通过近红外波段的热尘发射，研究尘埃环的存在及其取向。

提出的方法

• 利用 Gemini 多共轭自适应光学系统进行近红外积分场光谱观测，以高空间和光谱分辨率解析核区。
• 应用谱谱能量分布建模，推导出核区消光（$A_V$）、星形成率密度（$\Sigma_{\rm SFR}$）和尘埃温度（$T \sim 1150\,\mathrm{K}$）。
• 分别基于恒星速度 dispersion 和连续谱光度，估算黑洞质量（$M_{\rm BH}$）和总辐射光度（$L_{\rm bol}$）。
• 计算爱丁顿比值（$\lambda_{\rm Edd}$）以评估吸积状态及宽线区的可预测性。
• 利用 $L_{\rm bol}$ 和 $M_{\rm BH}$ 推导理论预期的宽线区（BLR）性质，基于 $R_{\rm BLR} \propto L_{\rm bol}^{0.5}$ 关系。
• 通过将观测到的 K 波段光谱与宽线成分（如 Br$\gamma$）的合成模型进行比较，评估微弱宽线的可探测性。

实验结果

研究问题

• RQ1 IRAS 01072+4954 是否为真正的塞弗特 II 型星系，即其宽线区是否因内在缺失而非遮挡而不存在？
• RQ2 核区发射的性质是什么？其是否源于低质量黑洞与高吸积率？
• RQ3 尽管具有 Type-1 X 射线特性且爱丁顿比值较高，为何未检测到宽发射线？
• RQ4 在 $T \sim 1150\,\mathrm{K}$ 处存在热尘发射，是否表明视线方向清晰且存在尘埃环？
• RQ5 为何 IRAS 01072+4954 缺乏窄线塞弗特 I 型星系典型的强 Fe ii 发射线？

主要发现

• 核区消光较低，$A_V \sim 2.5\,\mathrm{mag}$，表明中心引擎方向遮挡程度极小。
• 星形成率密度为 $\Sigma_{\rm SFR} < 11.6\,\mathrm{M_\odot\,yr^{-1}\,kpc^{-2}}$，低于典型塞弗特星系水平，排除了星形成主导的可能性。
• 在 $T \sim 1150\,\mathrm{K}$ 处的热尘发射表明尘埃环近乎面视，与视线方向清晰一致。
• 黑洞质量估计为 $M_{\rm BH} \sim 10^5\,\mathrm{M_\odot}$，总辐射光度为 $L_{\rm bol} \simeq 2.5 \times 10^{42}\,\mathrm{erg\,s^{-1}}$，爱丁顿比值为 $\lambda_{\rm Edd} \simeq 0.2$。
• 理论模型预测 H$\alpha$ 宽线的 FWHM 为 $\sim (400-600)\,\mathrm{km\,s^{-1}}$，通量为 $\sim (1.7-4.8) \times 10^{-14}\,\mathrm{erg\,s^{-1}\,cm^{-2}}$，当前数据无法探测到此类微弱信号。
• 在 Br$\gamma$ 线位置附近存在一个微弱的“峰”，与宽线成分一致，但需更高信噪比数据确认。