[论文解读] Probing the Wind Component of Radio Emission in Luminous High-Redshift Quasars

Gordon T. Richards, Trevor V. McCaffrey+5 more|arXiv (Cornell University)|Jun 14, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 141被引用 19

一句话总结

本研究利用深度的3-GHz VLA和LOFAR巡天观测，探究了在光度高、红移高的射电宁静类星体中，吸积盘风激波对射电辐射的贡献。研究发现，射电探测率与C IV发射线性质之间存在非线性相关，表明射电辐射存在多种起源——恒星形成、弱喷流、日冕以及风驱动激波，其贡献取决于爱丁顿比，其中风相关激波在高光度类星体中变得显著。

ABSTRACT

We discuss a probe of the contribution of wind-related shocks to the radio emission in otherwise radio-quiet quasars. Given 1) the non-linear correlation between UV and X-ray luminosity in quasars, 2) that such correlation leads to higher likelihood of radiation-line-driven winds in more luminous quasars, and 3) that luminous quasars are more abundant at high redshift, deep radio observations of high-redshift quasars are needed to probe potential contributions from accretion disk winds. We target a sample of 50 $z\simeq 1.65$ color-selected quasars that span the range of expected accretion disk wind properties as traced by broad CIV emission. 3-GHz observations with the Very Large Array to an rms of $\approx10\mu$Jy beam$^{-1}$ probe to star formation rates of $\approx400\,M_{ m Sun}\,{ m yr}^{-1}$, leading to 22 detections. Supplementing these pointed observations are survey data of 388 sources from the LOFAR Two-metre Sky Survey Data Release 1 that reach comparable depth (for a typical radio spectral index), where 123 sources are detected. These combined observations reveal a radio detection fraction that is a non-linear function of \civ\ emission-line properties and suggest that the data may require multiple origins of radio emission in radio-quiet quasars. We find evidence for radio emission from weak jets or coronae in radio-quiet quasars with low Eddingtion ratios, with either (or both) star formation and accretion disk winds playing an important role in optically luminous quasars and correlated with increasing Eddington ratio. Additional pointed radio observations are needed to fully establish the nature of radio emission in radio-quiet quasars.

研究动机与目标

• 检验风相关激波是否对射电宁静类星体（尤其是高红移类星体）的射电辐射有贡献。
• 确定射电辐射起源（如恒星形成、喷流、日冕、激波）如何随吸积盘风特性变化。
• 评估在高光度、高红移类星体中，射电探测率是否与C IV发射线诊断参数（如等效宽度和蓝移）存在非线性相关。
• 通过探测恒星形成以外的其他可能来源（如风激波），挑战射电宁静类星体中弱射电辐射仅由恒星形成主导的假设。

提出的方法

• 针对50个z ≈ 1.65的彩色选源类星体进行观测，其C IV发射线性质多样，利用3-GHz甚大阵列（VLA）定向观测，达到约10 µJy beam⁻¹的均方根深度。
• 补充使用LOFAR两米天空巡天数据发布1中的388个源，实现典型射电谱指数的相当深度。
• 将C IV发射线参数——相对于静止波长的等效宽度和蓝移——用作吸积盘风强度的代理指标。
• 应用独立分量分析（ICA）重建类星体光谱，从噪声数据中提取稳健的C IV发射线参数。
• 将射电探测率和光度与C IV诊断参数相关联，以识别表明多种辐射机制共存的非线性趋势。
• 通过远红外SFR估计评估恒星形成的作用，并考虑AGN加热尘埃对SFR指标可能造成的偏差。

实验结果

研究问题

• RQ1 高红移、射电宁静类星体的射电探测率是否与C IV发射线特性存在非线性相关，暗示多种辐射机制共存？
• RQ2 是否存在风驱动激波对高光度、高红移类星体射电辐射的贡献证据，特别是在高爱丁顿比类星体中？
• RQ3 恒星形成、弱喷流、日冕和风激波对射电辐射的相对贡献如何随类星子吸积特性变化？
• RQ4 基于远红外发射的SFR估计在多大程度上受类星体宿主星系中AGN加热尘埃的影响而产生偏差？

主要发现

• 样本中射电探测率是C IV发射线特性的非线性函数，表明射电宁静类星体中存在多种射电辐射机制共存。
• 爱丁顿比低的类星体表现出弱喷流或日冕辐射的证据，而爱丁顿比高的类星体则与恒星形成和风驱动激波均表现出强烈相关。
• 数据表明，在高光度类星体中，特别是高爱丁顿比类星体中，与风相关的激波成为射电辐射的重要贡献者。
• 非探测结果与仅由恒星形成主导的模型一致，但前提是AGN加热尘埃不导致远红外SFR估计偏差，暗示风可能存在潜在的隐藏贡献。
• 观测趋势与单一主导射电辐射起源的假设不一致，要求对射电宁静类星体的射电辐射采用多组分建模。
• 未来工作应包括更深度、更高分辨率的观测以探测紧凑喷流，并利用谱指数分析（如使用VLASS数据）以区分光学厚与光学薄射电辐射组分。