[论文解读] Spectral Energy Distribution Models for Low-luminosity Active Galactic Nuclei in LINERs

Rodrigo Nemmen, Thaisa Storchi‐Bergmann+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 20, 2011

Astrophysical Phenomena and Observations被引用 9

一句话总结

本研究利用包含内嵌吸积流（ADAF）与截断薄盘的耦合吸积-喷流模型，对21个低光度活动星系核（LLAGN）在LINERs中的射电至X射线波段的谱能分布（SED）进行了建模。关键发现是：在大多数源中，喷流发射主导了射电与X射线波段，X射线来源于喷流、ADAF或两者共同作用，为宁静黑洞的吸积与喷流功率提供了关键约束。

ABSTRACT

Low-luminosity active galactic nuclei (LLAGNs) represent the bulk of the AGN population in the present-day universe and they trace the low-level accreting supermassive black holes. In order to probe the accretion and jet physical properties in LLAGNs as a class, we model the broadband radio to X-rays spectral energy distributions (SEDs) of 21 LLAGNs in low-ionization nuclear emission-line regions (LINERs) with a coupled accretion-jet model. The accretion flow is modeled as an inner ADAF outside of which there is a truncated standard thin disk. We find that the radio emission is severely underpredicted by ADAF models and is explained by the relativistic jet. The origin of the X-ray radiation in most sources can be explained by three distinct scenarios: the X-rays can be dominated by emission from the ADAF, or the jet, or the X-rays can arise from a jet-ADAF combination in which both components contribute to the emission with similar importance. For 3 objects both the jet and ADAF fit equally well the X-ray spectrum and can be the dominant source of X-rays whereas for 11 LLAGNs a jet-dominated model accounts better than the ADAF-dominated model for the data. The individual and average SED models that we computed can be useful for different studies of the nuclear emission of LLAGNs. From the model fits, we estimate important parameters of the central engine powering LLAGNs in LINERs, such as the mass accretion rate and the mass-loss rate in the jet and the jet power - relevant for studies of the kinetic feedback from jets.

研究动机与目标

• 理解本地宇宙中占主导地位的AGN类型——低光度AGN（LLAGN）在LINERs中射电至X射线波段的宽带SED的物理起源。
• 确定在LLAGN中，吸积流（ADAF）还是相对论性喷流在射电至X射线波段主导发射。
• 约束LLAGN中关键物理参数，如质量吸积率、喷流功率与喷流中的质量损失率。
• 评估ADAF与喷流组分对X射线发射的相对贡献，解决X射线起源长期存在的模糊性问题。
• 为未来研究宁静黑洞中的动能反馈与吸积过程，提供一个自洽且物理解释充分的SED建模框架。

提出的方法

• 使用包含内嵌ADAF与截断标准薄盘的耦合吸积-喷流模型，对21个LINERs中LLAGN的射电至X射线波段的宽带SED进行建模。
• 采用ADAF模型描述内层吸积流，假设辐射效率较低，且为几何厚、高温等离子体，参数包括质量吸积率与内半径。
• 引入相对论性喷流组分以解释射电发射，喷流功率与谱指数由射电光度及Merloni & Heinz (2007)相关关系推导。
• 通过比较三种情景的合成光谱（ADAF主导、喷流主导、喷流-ADAF联合）拟合观测SED，使用X射线与射电数据。
• 应用黑洞的基本平面关系，从X射线与射电光度估算黑洞质量，并采用文献中的倾角与Bondi吸积率。
• 通过X射线与射电通量评估模型拟合效果，基于观测光度与谱指数约束喷流功率与吸积率。

实验结果

研究问题

• RQ1 在LINERs中的LLAGN中，射电发射的主要物理组分是什么？
• RQ2 ADAF与喷流组分对LLAGN中X射线发射的相对贡献如何？
• RQ3 LLAGN中推断出的吸积率与喷流功率与标准薄盘模型的预期相比如何？
• RQ4 LLAGN的观测SED能否被耦合ADAF-喷流模型一致解释，还是需要其他物理机制？
• RQ5 喷流主导对宁静星系中LLAGN动能反馈有何影响？

主要发现

• 仅靠ADAF模型严重低估了LLAGN的射电发射，证实相对论性喷流是射电发射的主要来源。
• 在21个LLAGN中的11个中，喷流主导模型对X射线数据的拟合优于ADAF主导模型，表明在多数源中X射线由喷流主导。
• 在三个LLAGN中，喷流与ADAF组分对X射线谱的拟合效果相当，表明两者对X射线发射有显著共同贡献。
• 在其余七个源中，X射线发射最宜由喷流与ADAF组分的组合解释，两者贡献相当重要。
• 样本中估算的喷流功率范围为~10^40至~10^44 erg s⁻¹，典型值约为10^42–10^43 erg s⁻¹，与动能反馈机制一致。
• ADAF组分中的质量吸积率估算为~10⁻⁴至10⁻³倍爱丁顿速率，典型值约为10⁻⁴ M☉ yr⁻¹，表明为高度亚爱丁顿吸积。