[论文解读] Mid-Infrared line diagnostics of Active Galaxies -- A spectroscopic AGN survey with ISO-SWS

E. Sturm, D. Lutz+6 more|ArXiv.org|Jul 18, 2002

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 2被引用 130

一句话总结

本文利用中等分辨率（R ~ 1500）的ISO-SWS 2.4–45 μm光谱，对29个活动星系进行了研究，通过中红外细结构线流量比来区分AGN主导与星暴主导的辐射。研究提出了新的诊断图示，如[O IV]25.9 μm/[Ne II]12.8 μm以及二维消光抗性图示，能够可靠识别复合源（AGN + 星暴），并改善高消光环境下的诊断能力。

ABSTRACT

We present medium resolution (R approx. 1500) ISO-SWS 2.4--45 micron spectra of a sample of 29 galaxies with active nuclei. This data set is rich in fine structure emission lines tracing the narrow line regions and (circum-)nuclear star formation regions, and it provides a coherent spectroscopic reference for future extragalactic studies in the mid-infrared. We use the data set to briefly discuss the physical conditions in the narrow line regions (density, temperature, excitation, line profiles) and to test for possible differences between AGN sub-types. Our main focus is on new tools for determining the propertibes of dusty galaxies and on the AGN-starburst connection. We present mid-IR line ratio diagrams which can be used to identify composite (starburst + AGN) sources and to distinguish between emission excited by active nuclei and emission from (circum-nuclear) star forming regions. For instance, line ratios of high to low excitation lines like [O IV]25.9um/[Ne II]12.8um, that have been used to probe for AGNs in dusty objects, can be examined in more detail and with better statistics now. In addition, we present two-dimensional diagnostic diagrams that are fully analogous to classical optical diagnostic diagrams, but better suited for objects with high extinction. Finally, we discuss correlations of mid-infrared line fluxes to the mid- and far-infrared continuum. We compare these relations to similar relations in starburst galaxies in order to examine the contribution of AGNs to the bolometric luminosities of their host galaxies. The spectra are available in electronic form from the authors.

研究动机与目标

• 利用高质量的ISO-SWS数据，建立中红外星系外研究的统一光谱参考标准。
• 研究活动星系窄线区（密度、温度、激发）的物理条件。
• 开发新的中红外诊断工具，用于在高消光环境中识别复合源（AGN + 星暴）。
• 将中红外线流量与中红外（MIR）和远红外（FIR）连续谱进行比较，评估AGN对宿主星系总辐射能量的贡献。
• 测试经典光学诊断图示在中红外波段的适用性，并针对高消光情景进行适应性调整。

提出的方法

• 利用ISO-SWS仪器对29个活动星系获取中等分辨率（R ~ 1500）的2.4–45 μm光谱。
• 测量样本中[Ne II]、[O IV]、[Ne V]、[Ne VI]、[Fe II]、[S IV]和[Si II]等离子的细结构线流量。
• 构建中红外线流量比图示，包括[O IV]25.9 μm/[Ne II]12.8 μm以及类比光学BPT图示的二维图示。
• 通过中红外线 luminosity 与中红外（MIR）和远红外（FIR）连续谱 luminosity 的相关性分析，评估AGN的贡献。
• 利用PAH特征以及高电离线流量比（如[Ne VI]/[O IV]、[Ne VI]/[Ne II]）作为独立指标，识别复合源。
• 应用线性混合模型，利用[O IV]/[Ne II]和[Ne V]/[Ne II]流量比估算AGN对总辐射能量的贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 中红外线流量比如[O IV]25.9 μm/[Ne II]12.8 μm是否能有效区分尘埃遮蔽星系中AGN主导与星暴主导的辐射？
• RQ2 在高消光条件下，中红外诊断图示与经典光学BPT图示在识别复合源方面表现如何比较？
• RQ3 AGN宿主星系中，中红外线 luminosity 与中红外和远红外连续谱之间存在何种关系？
• RQ4 不同AGN亚型的窄线区中，物理条件（密度、温度、电离度）是否存在显著差异？
• RQ5 [Ne II]12.8 μm在多大程度上可作为跨不同AGN与星暴源比较线流量比的可靠参考线？

主要发现

• [O IV]25.9 μm/[Ne II]12.8 μm线流量比是识别复合源的稳健诊断工具，较高比值表明AGN贡献更强。
• 二维中红外诊断图示（类比光学BPT图示）在高消光环境中表现更优，且适用于不同红移范围。
• 高电离线如[O IV]、[Ne V]和[Ne VI]与中红外及远红外连续谱均呈良好相关性，尽管[Ne II]与FIR的相关性在赛弗特星系与星暴星系中相似，限制了其在量化AGN贡献中的直接应用。
• 低电离线如[Ne II]在AGN与星暴星系中均与FIR luminosity 呈强相关性，支持其作为跨源比较的参考线。
• 所有测量到[Ne V]发射的AGN样本，其窄线区电子密度均较低（约几百至几千 cm⁻³），与标准光致电离模型一致。
• 在样本的统计误差范围内，不同AGN亚型之间的窄线区密度或电离度无显著差异。