[论文解读] Unveiling the submerged part of the iceberg: radio-loud narrow-line Seyfert 1s with SKA

M. Berton, L. Foschini+8 more|arXiv (Cornell University)|Jan 21, 2016

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用 5

一句话总结

本文研究了平方公里阵列（SKA）将如何彻底改变对射电波段明亮、窄线型塞弗特1型星系（RLNLS1s）的探测与研究。通过基于SDSS DR7和FIRST巡天数据的统计外推，该研究预测SKA或可探测到约1,300个RLNLS1s以及约50,000个红移z = 0.3以内的射电波段安静的NLS1s，显著扩大样本规模，从而实现对喷流形态、射电波段明亮性起源及宇宙演化过程的深入研究。

ABSTRACT

Narrow-line Seyfert 1 galaxies (NLS1) are active galactic nuclei (AGN) known to have small masses of the central black hole and high accretion rates. NLS1s are generally radio-quiet, but a small part of them (about 7\%) are radio-loud. The recent discovery of powerful relativistic jets in radio-loud NLS1s (RLNLS1s), emitting at high-energy $γ$-rays, opened intriguing questions. The observed luminosity of the jet is generally weak, smaller than blazars, although when rescaled for the mass of the central black hole, it becomes of the same order of magnitude of the latter. The weak luminosity, and hence observed flux, resulted in a small number of known RLNLS1. From a recent survey of RLNLS1s, it was found that only 8 out of 42 sources had radio flux density at 1.4 GHz greater than 100 mJy, while 21 out of 42 had flux density smaller than 10 mJy. In addition, given the strong variability at all wavelengths, with present-day facilities RLNLS1s can often only be detected during high activity periods. The Square Kilometer Array (SKA), with its superior sensitivity, will break this limit, allowing us to unveil a relatively unknown population of jetted AGN. We present the results of a study aimed at evaluating the scenario that could emerge after the advent of SKA.

研究动机与目标

• 评估平方公里阵列（SKA）探测到远多于当前数量的射电波段明亮窄线型塞弗特1型星系（RLNLS1s）的潜力，这些星系目前因射电流量过低而代表性不足。
• 利用V/Vmax检验评估现有低红移NLS1s样本的完整性和统计可靠性，确保SKA预测的稳健性。
• 探究SKA卓越灵敏度对理解NLS1s中射电发射起源的启示，区分喷流活动与恒星形成的影响。
• 探索SKA如何实现对RLNLS1s喷流形态及射电光度函数在宇宙时空中演化的详细研究。
• 确定NLS1s中观测到的射电波段明亮性是否源于弱喷流或中止喷流，或源于高恒星形成率，借助改进的源统计量进行分析。

提出的方法

• 从SDSS DR7和FIRST巡天数据中构建了149个NLS1s样本（其中32个为RLNLS1s，117个为RQNLS1s），分类标准为FWHM(Hβ) < 2000 km s⁻¹ 且 [O III]/Hβ < 3。
• 利用光学光谱卷积B-滤波器模板得到的B波段星等与基于1.4 GHz流量密度（假设谱指数α = 0.5）推算的5 GHz流量，计算射电波段明亮性（RL = F_B-band / F_5GHz）。
• 应用V/Vmax检验确认射电波段安静与明亮样本的统计完整性，得到RQNLS1s的⟨V/Vmax⟩ = 0.54 ± 0.03，RLNLS1s的⟨V/Vmax⟩ = 0.45 ± 0.05。
• 执行log N–log S检验，假设欧几里得空间分布，将源密度外推至SKA在1.4 GHz处的灵敏度极限0.082 mJy hr⁻¹ᐟ²。
• 利用log N–log S斜率（RLNLS1s为β = 0.68 ± 0.01）将可探测源数外推至z = 0.3，假设低红移处无显著演化效应。
• 考虑观测中的限制条件，例如射电流量下降必须伴随光学流量同步下降，以维持射电波段明亮性，这限制了低红移处可探测的RLNLS1s数量。

实验结果

研究问题

• RQ1 平方公里阵列（SKA）将在红移z = 0.3以内探测到多少个射电波段明亮的窄线型塞弗特1型星系（RLNLS1s）？
• RQ2 RLNLS1s和RQNLS1s在流量密度空间中的预期分布如何？与欧几里得预期相比有何差异？
• RQ3 SKA在多大程度上能克服当前因RLNLS1s射电流量低且具有强变异性所导致的观测偏差？
• RQ4 SKA能否借助改进的源统计量，区分NLS1s中由喷流驱动还是恒星形成驱动的射电发射？
• RQ5 SKA将如何实现对RLNLS1s射电光度函数及宇宙演化的详细研究？

主要发现

• 基于当前数据外推及SKA在1.4 GHz处0.082 mJy hr⁻¹ᐟ²的灵敏度，预测SKA将在红移z = 0.3以内探测到约1,300个射电波段明亮的窄线型塞弗特1型星系（RLNLS1s）。
• 在z = 0.3以内，SKA可探测到的射电波段安静的NLS1s（RQNLS1s）数量估计约为50,000个，表明可用于统计分析的源数量将实现巨大增长。
• RLNLS1s的log N–log S分布斜率（β = 0.68 ± 0.01）比欧几里得预期（β = 1.5）更平缓，表明当前巡天中低流量源存在明显缺失。
• 尽管预测SKA将发现大量新的RLNLS1s，但在低红移（z < 0.3）区域，探测率可能受限，因必须保持光学流量与射电流量同步下降以维持射电波段明亮性。
• 在更高红移区域，SKA将探测到更多RLNLS1s，特别是那些流量密度约为1 mJy、当前设施无法探测到的源。
• SKA将支持对RLNLS1s喷流形态的详细形态学研究，并可实现对射电光度函数的稳健研究，从而澄清弱喷流与恒星形成在射电发射中所起的作用。