[论文解读] The dusty heart of nearby active galaxies. I. High-spatial resolution mid-IR spectro-photometry of Seyfert galaxies

S. Hoenig, Makoto Kishimoto+6 more|arXiv (Cornell University)|Mar 3, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 76被引用 90

一句话总结

本研究利用VLT/VISIR对19个邻近的Seyfert星系进行了高空间分辨率中红外光谱测光，解析了尺度小于100 pc的尘埃环面发射。结果表明，中红外光谱指数α与硅酸盐特征强度共同约束了径向尘埃分布（幂律指数a ≈ −1.0 ± 0.5）和视线方向上的平均云团数N₀ ≈ 5–8，支持团块状环面模型，并提示环面结构可能存在与光度相关的演化。

ABSTRACT

We present 8-13 micron imaging and spectroscopy of 9 type 1 and 10 type 2 AGN obtained with the VLT/VISIR instrument at spatial resolution <100 pc. The emission from the host galaxy sources is resolved out in most cases. The silicate absorption features are moderately deep and emission features are shallow. We compare the mid-IR luminosities to AGN luminosity tracers and found that the mid-IR radiation is emitted quite isotropically. In two cases, IC5063 and MCG-3-34-64, we find evidence for extended dust emission in the narrow-line region. We confirm the correlation between observed silicate feature strength and Hydrogen column density recently found in Spitzer data. In a further step, our 3D clumpy torus model has been used to interpret the data. We show that the strength of the silicate feature and the mid-IR spectral index can be used to get reasonable constraints on the dust distribution in the torus. The mid-IR spectral index, alpha, is almost exclusively determined by the radial dust distribution power-law index, a, and the silicate feature depth is mostly depending on the average number of clouds, N0, along an equatorial line-of-sight and the torus inclination. A comparison of model predictions to our type 1 and type 2 AGN reveals typical average parameters a=-1.0+/-0.5 and N0=5-8, which means that the radial dust distribution is rather shallow. As a proof-of-concept of this method, we compared the model parameters derived from alpha and the silicate feature to more detailed studies of IR SEDs and interferometry and found that the constraints on a and N0 are consistent. Finally, we might have found evidence that the radial structure of the torus changes from low to high AGN luminosities towards steeper dust distributions, and we discuss implications for the IR size-luminosity relation. (abridged)

研究动机与目标

• 利用高空间分辨率中红外数据表征活动星系核尘埃环面的物理特性。
• 通过将观测到的中红外光谱特征与模型预测进行比较，检验三维团块状环面模型的有效性。
• 探究类型1与类型2活动星系核的径向尘埃分布与云团几何结构是否存在差异，以支持或挑战统一模型。
• 探索环面结构是否存在与光度相关的改变，特别是径向尘埃分布幂律指数a的变化。
• 利用独立的干涉测量和SED数据验证中红外光谱指数α与硅酸盐特征强度作为环面参数代理的可靠性。

提出的方法

• 对9个类型1和10个类型2的Seyfert星系，利用VLT/VISIR获取了高空间分辨率中红外成像与低分辨率光谱（8–13 μm）数据。
• 数据在小于100 pc的尺度上解析了发射，有效减少了宿主星系恒星形成活动的污染。
• 中红外光谱指数α通过观测到的通量密度斜率推导得出，而硅酸盐特征强度则通过τ_silicate或F_Si/F_c测量。
• 采用3D团块状环面模型模拟观测到的中红外SED，变化参数包括a（径向尘埃分布）、N₀（视线方向上的平均云团数）和倾角i。
• 将模型预测与观测到的α及硅酸盐特征强度进行比较，以约束单个天体及整个样本的a与N₀。
• 通过NGC 1068和NGC 3783的独立干涉测量与SED数据验证了该方法，确认所推导参数的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 中红外光谱指数α与硅酸盐特征强度是否能联合约束团块状环面模型中的径向尘埃分布（a）与平均云团数（N₀）？
• RQ2 在类型1与类型2Seyfert星系之间，环面参数（a与N₀）是否存在显著差异，是否与统一模型一致？
• RQ3 活动星系核的光度是否影响环面中的径向尘埃分布，特别是在低光度与高光度情况下？
• RQ4 在缺乏完整SED或干涉测量数据的情况下，观测到的α与硅酸盐特征强度能否作为环面参数的可靠代理？
• RQ5 从中红外数据推导出的环面参数与通过完整SED建模及红外干涉测量获得的参数相比如何？

主要发现

• 中红外光谱指数α主要对径向尘埃分布幂律指数a敏感，且几乎完全由a决定。
• 硅酸盐特征强度主要取决于视线方向上的平均云团数N₀与环面倾角i。
• 样本中a = −1.0 ± 0.5，N₀ = 5–8，类型1与类型2活动星系核之间无显著差异，支持统一模型。
• 发现硅酸盐特征强度与氢柱密度之间存在相关性，τ_silicate ∝ 0.14 × log N_H。
• 证据表明，低光度活动星系核可能具有较平坦的尘埃分布（a ≈ −1.0），而高光度活动星系核可能具有更陡的分布（a ≈ −2至−3），尽管仍需进一步验证。
• 从α与硅酸盐特征强度推导出的参数与NGC 1068和NGC 3783的完整SED建模及干涉测量结果一致，验证了该方法作为环面结构代理的可靠性。