[论文解读] Radio Sources in Low-Luminosity Active Galactic Nuclei.IV. Radio Luminosity Function, Importance of Jet Power, and Radio Properties of the Complete Palomar Sample

Neil M. Nagar, H. Falcke+1 more|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Feb 25, 2005

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 125被引用 169

一句话总结

本研究对帕洛马光谱样本中的200个低光度活动星系核（LLAGNs）进行了完整的高分辨率射电巡天，发现超过一半的星系拥有紧凑的射电核和亚秒差距量级的喷流，表明存在吸积黑洞。关键结果是，在LLAGNs中，喷流的动能功率主导能量输出，而非辐射光度，喷流可能调节供给吸积盘的气体供应。

ABSTRACT

We present the completed results of a high resolution radio imaging survey of all (~200) low-luminosity active galactic nuclei (LLAGNs) and AGNs in the Palomar Spectroscopic Sample. The high incidences of pc-scale radio nuclei, with T(brightness) >=10^7 K, and sub-parsec jets argue for accreting black holes in >=50% of all LINERs and low-luminosity Seyferts; there is no evidence against all LLAGNs being mini-AGNs. The radio luminosity function (RLF) of Palomar Sample LLAGNs and AGNs extends three orders of magnitude below, and is continuous with, that of `classical' AGNs. We find marginal evidence for a low-power turnover in the RLF; nevertheless LLAGNs are responsible for a significant fraction of present day mass accretion. Adopting the jet model of Falcke & Biermann, we show that the accretion energy output in LLAGNs is dominated by the energy in the observed jets rather than the radiated bolometric luminosity. The Palomar LLAGNs and AGNs follow the same scaling between jet power and narrow line region (NLR) luminosity as the pc to kpc jets in powerful radio galaxies. Eddington ratios of <= 10^{-1} - 10^{-5} are implied in jet models of the radio emission. We find evidence that, in analogy to Galactic black hole candidates, LINERs are in a `low/hard' state (gas poor nuclei, low Eddington ratio, ability to launch collimated jets) while low-luminosity Seyferts are in a `high' state (gas rich nuclei, higher Eddington ratio, less likely to launch collimated jets). The jets are energetically more significant than supernovae in the LLAGN host galaxies, and are potentially able to deposit sufficient energy into the innermost parsecs to significantly slow the gas supply to the accretion disk.

研究动机与目标

• 确定紧凑射电核和喷流在低光度AGNs（LLAGNs）中的普遍性，并评估其对吸积物理的影响。
• 构建LLAGNs的射电光度函数（RLF），并与经典AGNs比较，以评估其在宇宙吸积中的作用。
• 利用相对论喷流模型评估喷流动能功率或辐射光度是否在LLAGNs中占主导能量输出。
• 研究爱丁顿比、核态（如“低/硬”态与“高”态）与LLAGNs中喷流产生效率之间的关联。

提出的方法

• 对帕洛马光谱样本中全部200个LLAGNs在15 GHz和8.4 GHz波段进行高分辨率射电成像（VLBI和 aperture synthesis）。
• 测量核区射电光度和亮度温度，识别亮度温度 ≥ 10^7 K 的紧凑、非相干射电核，表明存在相对论性喷流的非热辐射。
• 利用空间密度和光度数据，构建LLAGNs的射电光度函数（RLF），拟合 log ρ ∝ -0.78 × log L_15 GHz，发现低光度处存在拐点的迹象。
• 应用Falcke与Biermann的相对论喷流模型估算喷流动能功率，并与辐射总光度进行比较。
• 将喷流动能功率与窄线区（NLR）光度相关联，以检验其与强大射电星系的标度关系。
• 根据宿主星系形态和发射线类型（LINER与低光度Seyfert）对LLAGNs进行分类，以评估吸积态与喷流效率的差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 有多少比例的低光度AGNs拥有紧凑射电核和亚秒差距量级的喷流，这对其吸积黑洞存在的意义是什么？
• RQ2 LLAGNs的射电光度函数（RLF）与经典AGNs相比如何，是否在低光度处存在拐点的证据？
• RQ3 在LLAGNs中，喷流动能功率是否是主要的能量输出形式，其与辐射光度相比如何？
• RQ4 LINERs与低光度Seyfert星系在爱丁顿比、核区气体密度和喷流产生效率上是否存在差异，是否暗示不同的吸积态？
• RQ5 LLAGNs中的射电喷流是否能向星际介质注入足够能量，以调节供给吸积盘的气体流入？

主要发现

• 超过50%的LINERs和低光度Seyfert星系拥有亮度温度 ≥ 10^7 K 的紧凑射电核，表明存在吸积黑洞；未发现任何证据表明所有LLAGNs并非小型AGNs。
• 帕洛马LLAGNs的射电光度函数（RLF）延伸至经典AGNs以下三个数量级，且在 log L_15 GHz ≈ 19 附近显示出低光度拐点的微弱证据。
• 在LLAGNs中，喷流动能功率比辐射总光度高约2至100倍以上，使喷流成为主要的能量输出机制。
• LLAGNs与强大射电星系遵循相同的喷流动能功率与NLR光度之间的标度关系，表明存在普遍性的喷流-吸积关联。
• 喷流模型中的爱丁顿比范围为10^{-1}至10^{-5}，其中LINERs处于“低/硬”态（爱丁顿比低、气体贫乏、喷流产生效率高），而低光度Seyfert星系处于“高”态（爱丁顿比较高、气体丰富、喷流产生效率较低）。
• LLAGNs中的射电喷流在能量上比其宿主星系中的超新星更具重要性，且能在内 parsec 范围内注入足够能量，以减缓气体向吸积盘的流入。