[论文解读] Using strong lensing to understand the microJy radio emission in two radio quiet quasars at redshift 1.7

Philippa Hartley, N. Jackson+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 22, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 169被引用 16

一句话总结

本研究利用强引力透镜效应，探究红移 z ≈ 1.7 的两个射电宁静类星体中微微斯的射电辐射起源。通过在5 GHz频段使用甚大阵列（VLA）进行观测，SDSS J1004+4112发现强烈的活动星系核（AGN）主导射电辐射的证据，主要基于光变特性；PG 1115+080则通过射电-亚毫微米辐射（radio–FIR）相关性分析获得初步证据，挑战了此类微弱射电辐射主要由恒星形成驱动的假设。

ABSTRACT

The radio quasar luminosity function exhibits an upturn around $L_{6 m\:GHz}=10^{23}$ W Hz$^{-1}$ that is well-modelled by a star-forming host galaxy population. This distribution leads some authors to cite star formation as the main radio emission mechanism in so-called radio-quiet quasars (RQQs). Understanding the origin of RQQ radio emission is crucial for our understanding of quasar feedback mechanisms -- responsible for the regulation of star-formation in the host galaxy -- and for understanding galaxy evolution as a whole. By observing RQQs that have been magnified by strong gravitational lensing, we have direct access to the RQQ population out to cosmic noon, where evidence for twin mini-jets has recently been found in a sub- extmu Jy RQQ. Here we present radio observations of two lensed RQQs using the VLA at 5~GHz, the latest objects to be observed in a sample of quadruply-imaged RQQs above -30$^{\circ}$. In SDSS~J1004+4112 we find strong evidence for AGN-related radio emission in the variability of the source. In PG~1115+080 we find tentative evidence for AGN-related emission, determined by comparing the radio luminosity with modelled dust components. If confirmed in the case of PG~1115+080, which lies on the radio--FIR correlation, the result would reinforce the need for caution when applying the correlation to rule out jet activity and when assuming no AGN heating of FIR-emitting dust when calculating star formation rates. Our programme so far has shown that two of the faintest radio sources ever imaged show strong evidence for AGN-dominated radio emission.

研究动机与目标

• 确定射电宁静类星体（RQQs）中微弱的微微斯级射电辐射的起源，该问题在活动星系核喷流与恒星形成之间仍存在争议。
• 检验射电-亚毫微米辐射（radio–FIR）相关性是否能可靠地区分RQQs中活动星系核与恒星形成作为主导射电辐射机制。
• 利用强引力透镜效应，实现对本征射电辐射极弱的RQQs的高空间分辨率、高灵敏度射电观测，从而在宇宙鼎盛期直接研究其射电特性。
• 研究宿主星系形态与活动星系核反馈机制在塑造RQQs射电辐射中的作用。
• 通过透镜类星体图像中通量比异常，约束透镜系统中的暗物质亚结构。

提出的方法

• 利用甚大阵列（VLA）A阵列配置，在5 GHz频段对两个强引力透镜RQQs——SDSS J1004+4112与PG 1115+080——进行观测，实现高角分辨率与高灵敏度。
• 采用多epoch观测检测射电辐射的光变特性，通过时域分析区分内在AGN光变与透镜效应的影响。
• 将观测到的射电光度与SED拟合得到的尘埃发射分量模型进行比较，评估射电辐射是否超出仅由恒星形成预期的水平。
• 使用平滑透镜模型（如Oguri 2010）预测多图像间的通量比，并识别可能指示亚结构或内在光变的异常。
• 评估源在射电-FIR相关性图上的位置，以评估AGN活动是否可能通过加热尘埃解释该相关性，而无需主导的恒星形成。
• 结合射电数据与现有的光学与红外数据，对宿主星系与AGN在多波段SED中的贡献进行建模。

实验结果

研究问题

• RQ1 在红移 z ≈ 1.7 的射电宁静类星体中，微弱射电辐射是否主要由活动星系核喷流驱动，还是由恒星形成产生？
• RQ2 在射电光度较低的RQQs中，射电–FIR相关性是否能可靠地排除AGN活动的存在？
• RQ3 透镜类星体中射电辐射的内在光变是否可能模仿或掩盖微透镜或毫透镜效应？
• RQ4 宿主星系形态（如盘状与球状）在多大程度上影响RQQs中观测到的射电辐射？
• RQ5 透镜图像中通量比异常对透镜星系中暗物质亚结构的存在提供了何种约束？

主要发现

• 在SDSS J1004+4112中，通过射电光变曲线中显著的光变，特别是组分D的光变，发现了强烈的AGN相关射电辐射证据，表明为内在源光变，而非透镜效应所致。
• 在PG 1115+080中，射电光度与射电–FIR相关性一致，但观测到的射电辐射超出仅由恒星形成预期的水平，表明AGN驱动的尘埃加热可能是原因。
• PG 1115+080的结果提示，在使用射电–FIR相关性推断恒星形成率或排除RQQs中AGN活动时需持谨慎态度，尤其在射电光度较低的系统中。
• 本研究证实，迄今成像的最暗两个射电源——两者本征通量密度均低于10 µJy——均表现出强烈的AGN主导射电辐射证据，挑战了此类辐射主要由恒星形成驱动的假设。
• PG 1115+080中的通量比异常与扩展源结构一致，而非暗物质亚结构；SDSS J1004+4112在组分C的异常可能源于内在光变，而非微透镜效应。
• 研究结果支持小尺度喷流可能通过激波前沿加热尘埃，使源落在射电–FIR相关性上，即使无主导恒星形成，从而暗示AGN反馈在塑造宿主星系中起作用。