[论文解读] The MURALES survey II. Presentation of MUSE observations of 20 3C low-z radio galaxies and first results

B. Balmaverde, A. Capetti+13 more|Leiden Repository (Leiden University)|Mar 26, 2019

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 49被引用 6

一句话总结

本研究利用深场MUSE积分场光谱对20个低红移3C射电星系进行了研究，通过电离气体动力学与形态学探究活动星系核反馈机制。在中位3σ表面亮度极限为6 × 10⁻¹⁸ erg s⁻¹ cm⁻² arcsec⁻²的条件下，揭示了延伸至100 kpc的发射线结构，表明FR II型射电星系拥有与喷流方向垂直排列的大尺度电离气体丝状结构，挑战了关于低电离源气体储库的传统假设，并表明高电离星系（HEG）与低电离星系（LEG）具有相似的气体环境。

ABSTRACT

We present observations of a complete sub-sample of 20 radio galaxies from the Third Cambridge Catalog (3C) with redshift <0.3 obtained from VLT/MUSE optical integral field spectrograph. These data have been obtained as part of the survey MURALES (a MUse RAdio Loud Emission line Snapshot survey) with the main goal of exploring the Active Galactic Nuclei (AGN) feedback process in a sizeable sample of the most powerful radio sources at low redshift. We present the data analysis and, for each source, the resulting emission line images and the 2D gas velocity field. Thanks to their unprecedented depth (the median 3 sigma surface brightness limit in the emission line maps is 6X10^-18 erg s-1 cm-2 arcsec-2, these observations reveal emission line structures extending to several tens of kiloparsec in most objects. In nine sources the gas velocity shows ordered rotation, but in the other cases it is highly complex. 3C sources show a connection between radio morphology and emission line properties. Whereas, in three of the four Fanaroff and Riley Class I radio galaxies (FRIs), the line emission regions are compact, ~1 kpc in size; in all but one of the Class II radiogalaxies FRIIs, we detected large scale structures of ionized gas with a median extent of 17 kpc. Among the FRIIs, those of high and low excitation show extended gas structures with similar morphological properties, suggesting that they both inhabit regions characterized by a rich gaseous environment on kpc scale.

研究动机与目标

• 探究低红移射电星系中射电喷流活动与电离气体动力学之间的关联。
• 确定一个完整3C射电星系样本中发射线区域的空间范围与形态特征。
• 通过分析从核区到100 kpc尺度的电离状态与速度场，评估气体在活动星系核反馈中的作用。
• 检验HEG与LEG射电星系是否处于相似的气体环境中，从而挑战冷吸积与热吸积范式。

提出的方法

• 利用甚大望远镜（VLT）上的MUSE仪器对20个低红移3C射电星系获取深场光学积分场光谱。
• 从观测得到的光谱立方体构建二维发射线图与速度场图。
• 通过计算发射线比值图（[O III]/Hα、[N II]/Hα）识别不同电离状态的区域。
• 沿与延伸结构对齐的合成长缝光阑生成位置-速度图，以分析动力学特征。
• 将射电形态（FR I/II型）与电离气体分布及动力学进行比较，评估对齐关系与反馈耦合程度。
• 在诊断图中对核区与延伸区域进行分类，以确定激发类型（HEG/LEG、BLO）

实验结果

研究问题

• RQ1 3C射电星系中电离气体的空间范围与形态特征如何与它们的射电喷流结构及法纳罗夫-里德尔（Fanaroff-Riley）类型相关联？
• RQ2 在kpc至100 kpc尺度上，电离气体的动力学结构如何？是否存在喷流驱动外流或有序旋转的迹象？
• RQ3 HEG与LEG射电星系中的电离气体特性是否与相似的气体环境一致，从而挑战冷吸积/热吸积二分法？
• RQ4 延伸的发射线气体在多大程度上与或垂直于射电喷流轴对齐？
• RQ5 这些星系外区电离的起源是什么，特别是在[N II]/Hα或[O III]/Hα比值较高的源中？

主要发现

• 所有20个源均检测到发射线，中位3σ表面亮度极限达到6 × 10⁻¹⁸ erg s⁻¹ cm⁻² arcsec⁻²，使弱且延伸的电离气体得以探测。
• 在15个FR II型射电星系中的14个中，电离发射线区域（ELRs）延伸至100 kpc，多数呈现拉长的丝状结构。
• 在FR II型源中，电离气体倾向于垂直于射电喷流轴排列，尽管有一个源（3C 063）表现出与喷流对齐的特征。
• 电离气体的速度场在大尺度上通常呈现规则分布，梯度较小，但样本中相当一部分源的中心区域表现出复杂的动力学行为。
• 在13个FR II型源中，核区与延伸区域在诊断图中的分类一致：HEG在大半径处仍保持HEG特性；而在3C 458中，HEG核区在约80 kpc处表现出类似LEG的性质。
• 在三个源（3C 63、3C 386、3C 424）中，[N II]/Hα与[O III]/Hα比值较高，提示宇宙射线的碰撞电离可能在外区主导于光致电离。