[论文解读] Self-consistent 2-phase AGN torus models: SED library for observers

R. Siebenmorgen, Frank Heymann+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 18, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 119被引用 55

一句话总结

本论文提出了一套自洽的双相活动星系核（AGN）尘埃包覆模型库，结合了致密与弥散的尘埃组分，用于预测从红外到亚毫米波段的光谱能量分布（SED）。通过采用具有蓬松结构的尘埃颗粒的三维辐射转移计算，模型准确再现了观测到的非晶硅特征、中红外颜色及AGN的SED，表明仅靠纯AGN模型即可解释明亮源的辐射，无需引入星暴活动——该研究提供了一个公开的SED库，可用于SED拟合与本征光度校正。

ABSTRACT

We assume that dust near active galactic nuclei (AGN) is distributed in a torus-like geometry, which may be described by a clumpy medium or a homogeneous disk or as a combination of the two (i.e. a 2-phase medium). The dust particles considered are fluffy and have higher submillimeter emissivities than grains in the diffuse ISM. The dust-photon interaction is treated in a fully self-consistent three dimensional radiative transfer code. We provide an AGN library of spectral energy distributions (SEDs). Its purpose is to quickly obtain estimates of the basic parameters of the AGN, such as the intrinsic luminosity of the central source, the viewing angle, the inner radius, the volume filling factor and optical depth of the clouds, and the optical depth of the disk midplane, and to predict the flux at yet unobserved wavelengths. The procedure is simple and consists of finding an element in the library that matches the observations. We discuss the general properties of the models and in particular the 10mic. silicate band. The AGN library accounts well for the observed scatter of the feature strengths and wavelengths of the peak emission. AGN extinction curves are discussed and we find that there is no direct one-to-one link between the observed extinction and the wavelength dependence of the dust cross sections. We show that objects of the library cover the observed range of mid IR colors of known AGN. The validity of the approach is demonstrated by matching the SEDs of a number of representative objects: Four Seyferts and two quasars for which we present new Herschel photometry, two radio galaxies, and one hyperluminous infrared galaxy. Strikingly, for the five luminous objects we find pure AGN models fit the SED without a need to postulate starburst activity.

研究动机与目标

• 开发一个物理解释自洽的双相AGN尘埃包覆模型，结合致密与弥散（盘状）尘埃组分，以重现观测到的SED。
• 通过采用具有增强亚毫米波段发射效率的蓬松尘埃颗粒，解释观测到的硅特征强度与峰值波长（10–11.5 µm）的散射现象。
• 提供一个公开的SED库，以实现对AGN关键参数（如本征光度、视线方向、内半径与光学深度）的快速估算。
• 检验纯AGN模型是否能在不引入星暴活动的前提下解释明亮AGN的SED。
• 评估AGN中消光曲线解释的有效性，特别是观测到的消光与尘埃截面波长依赖性之间的关联。

提出的方法

• 采用三维辐射转移代码，自洽地模拟尘埃-光子相互作用，涵盖致密与弥散（盘状）两部分。
• 使用蓬松尘埃颗粒，其亚毫米波段发射效率高于弥散星际介质（ISM）尘埃，导致吸收截面更大——尤其在1 mm波段（最高可达10倍）。
• 构建了覆盖广泛模型参数的全面SED库：视线方向、内半径、体积填充因子、云层光学深度及盘面中平面光学深度。
• 以赫歇尔空间望远镜的测光数据及地面望远镜获取的高分辨率中红外光谱（包括四个赛弗特星系与两个类星体的新数据）对模型进行标定。
• 采用简单的匹配程序：对观测SED，从库中识别最佳匹配模型元素，以推断物理参数。
• 评估光束内光子散射对观测消光曲线的影响，表明观测消光与尘埃截面之间不存在直接的一一对应关系。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否能通过包含致密与弥散组分的双相AGN尘埃包覆模型，重现观测到的硅特征强度与峰值波长的散射？
• RQ2 在不引入额外星暴贡献的前提下，纯AGN模型能在多大程度上解释明亮AGN的SED？
• RQ3 使用蓬松尘埃颗粒如何影响预测的SED，特别是在远红外与亚毫米波段？
• RQ4 观测到的消光曲线与尘埃截面波长依赖性之间是否存在直接的一一对应关系？
• RQ5 该SED库能否准确再现已知AGN样本中观测到的中红外颜色？

主要发现

• SED库成功再现了观测到的硅特征强度与峰值波长的散射，蓬松尘埃颗粒使峰值发射移至约11.5 µm，更接近观测值（而ISM尘埃为10.4 µm）。
• 对五个明亮AGN，纯AGN模型在无需星暴活动参与的情况下即可拟合SED，星暴贡献估计仅占AGN光度的3–33%（通常约15%）。
• 光束内光子散射可改变观测到的消光波长依赖性，表明观测消光与尘埃截面之间不存在直接一一对应关系——提示仅凭消光推断尘埃颗粒增长存在风险。
• 该库覆盖了AGN中观测到的全部中红外颜色范围，验证了其经验相关性。
• 模型预测，面朝向观测时，由于盘状组分中存在额外的热尘埃，近红外波段的流量可高出一个数量级。
• 位于 http://www.eso.org/~rsiebenm/AGN/ 的公开SED库，可基于观测（表观）光度准确估算AGN本征光度，支持斯皮策与赫歇尔望远镜之后的SED分析。