[论文解读] LoTSS/HETDEX: Optical quasars I. Low-frequency radio properties of optically selected quasars

G. Gürkan, M. J. Hardcastle+18 more|Edinburgh Research Explorer|Nov 19, 2018

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 95被引用 20

一句话总结

本研究利用LoTSS巡天提供的深度、高分辨率LOFAR数据，调查了光学选的类星体在低频段的射电特性。研究发现射电响亮参数𝒫不存在明显的双峰分布，表明射电特性呈连续谱，低光度类星体的射电发射主要由星形成主导；结果强调了低频巡天在理解活动星系核（AGN）与宿主星系对射电发射贡献方面的重要性，预示了平方公里阵列（SKA）时代科学的发展方向。

ABSTRACT

The radio-loud/radio-quiet (RL/RQ) dichotomy in quasars is still an open question. Although it is thought that accretion onto supermassive black holes in the centre the host galaxies of quasars is responsible for some radio continuum emission, there is still a debate as to whether star formation or active galactic nuclei (AGN) activity dominate the radio continuum luminosity. To date, radio emission in quasars has been investigated almost exclusively using high-frequency observations in which the Doppler boosting might have an important effect on the measured radio luminosity, whereas extended structures, best observed at low radio frequencies, are not affected by the Doppler enhancement. We used a sample of quasars selected by their optical spectra in conjunction with sensitive and high-resolution low-frequency radio data provided by the LOw Frequency ARray (LOFAR) as part of the LOFAR Two-Metre Sky Survey (LoTSS) to investigate their radio properties using the radio loudness parameter ($\mathcal{R} = \frac{L_{\mathrm{144-MHz}}}{L_{\mathrm{i\,band}}}$). The examination of the radio continuum emission and RL/RQ dichotomy in quasars exhibits that quasars show a wide continuum of radio properties (i.e. no clear bimodality in the distribution of $\mathcal{R}$). Radio continuum emission at low frequencies in low-luminosity quasars is consistent with being dominated by star formation. We see a significant albeit weak dependency of $\mathcal{R}$ on the source nuclear parameters. For the first time, we are able to resolve radio morphologies of a considerable number of quasars. All these crucial results highlight the impact of the deep and high-resolution low-frequency radio surveys that foreshadow the compelling science cases for the Square Kilometre Array (SKA).

研究动机与目标

• 利用深度、高分辨率的LOFAR数据，研究光学选类星体的低频射电特性。
• 分析射电响亮参数𝒫 = L₁₄₄₋ₘₕz / Lᵢ₋bₐₙ𝒹，以评估类星体中射电响亮（RL）与射电安静（RQ）的二分法。
• 确定低光度类星体中，射电发射的主导来源是星形成还是活动星系核（AGN）活动。
• 首次在低频段解析类星体的射电形态，以研究延伸结构。
• 展示深度低频巡天对未来SKA时代天文学的科学影响。

提出的方法

• 利用HETDEX巡天中通过光学光谱选源的类星体样本。
• 结合LOFAR两米天区巡天（LoTSS）在144 MHz波段的高灵敏度、高分辨率低频射电数据。
• 利用144 MHz光度（L₁₄₄₋ₘₕz）与i波段光学光度（Lᵢ₋bₐₙ𝒹）计算射电响亮参数𝒫。
• 利用LOFAR的高角分辨率分析解析的射电形态，以区分紧凑核心发射与延伸结构。
• 利用SDSS、Herschel-ATLAS等多波段数据估算宿主星系的星形成与AGN贡献。
• 采用统计分析评估𝒫对黑洞质量与爱丁顿比等核参数的依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在光学选类星体中，射电响亮参数𝒫是否存在明显的双峰分布？
• RQ2 低光度类星体的低频射电发射主要来源于AGN喷流还是宿主星系中的星形成？
• RQ3 144 MHz波段类星体的解析射电形态与高频段相比如何？它们揭示了喷流与宿主星系贡献的哪些信息？
• RQ4 射电响亮参数𝒫在多大程度上依赖于黑洞质量与吸积率等内在类星体属性？
• RQ5 与高频研究相比，低频射电巡天（如LoTSS）在理解RL/RQ二分法方面有何改进？

主要发现

• 射电响亮参数𝒫的分布未显示明显的双峰特征，表明射电特性呈连续谱，而非严格的RL/RQ二分法。
• 低光度类星体在144 MHz波段的射电连续谱发射与星形成主导的特征一致，而非由AGN喷流主导。
• 𝒫与黑洞质量、爱丁顿比等核参数之间存在显著但微弱的相关性，表明其对吸积物理存在微妙依赖。
• 首次在低频段对大量类星体实现了射电形态的解析成像，揭示了不受多普勒增强影响的延伸结构。
• 结果表明，像LoTSS这样的低频巡天对于分离AGN与宿主星系对射电发射的贡献至关重要，对SKA时代科学具有重要启示。
• 本研究证实，高频射电巡天可能因多普勒增强而存在偏差，而低频观测能提供更无偏的延伸射电结构视图。