[论文解读] Water masers in Compton-thick AGN I. Detailed study of the new water megamaser in IRAS15480-0344

P. Castangia, A. Tarchi+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 13, 2016

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 49被引用 3

一句话总结

本研究首次对 Compton 厚度 S0 星系 IRAS15480-0344 中新发现的 22 GHz 水mega脉泽进行了详细分析，该脉泽通过多历元单天线和 VLBI 观测探测到。脉泽表现出一个宽线成分（FWHM ~90 km s⁻¹）和一个窄线成分（FWHM <1 km s⁻¹），其中窄线成分在空间上与核区射电连续成分重合，但与任何紧凑射电核无关，表明窄线成分可能起源于喷流/外流，而宽线成分可能源于喷流-云团相互作用。

ABSTRACT

A relationship between the water maser detection rate and large nuclear column densities in AGN has often been cited in the literature. Indeed, detailed studies of luminous water masers, typically associated with the nuclear activity, allow us to investigate the innermost regions of AGN, with an impact on the still debated Unified Model for this class of objects.We have recently entertained a search for maser emission in a well-defined sample of Compton-thick AGN aimed at investigating, on firm statistical bases, the aforementioned relationship. While the survey is still ongoing, and is matter of a forthcoming publication, a new luminous water maser has been detected in the lenticular (field) S0 galaxy IRAS15480-0344, whose origin, associated with an accretion disc or a nuclear outflow/jet, needs to be assessed. Multi-epoch single-dish observations and VLBI measurements were performed to investigate the distribution, spatial extension, and variability of the maser emission in order to infer the main characteristics of the water megamaser. The new detection in IRAS15480-0344 is reported: a megamaser with a total single-dish isotropic luminosity of ~200 Lsun and a profile composed of two main features, a broad line with a full width to half maximum (FWHM) linewidth of ~90 km/s and a narrow (FWHM&lt;1 km/s) one. We performed a follow-up to the detection with the Very Long Baseline Array (VLBA) and confidently detected only the narrow component, which is coincident with the nuclear radio continuum emission detected with the Very Large Array at 8.4 GHz. A weak narrow feature has also been detected in the velocity range of the broad feature and is located 15 pc to the north-west with respect to the stronger component. Neither maser spot is associated with the compact radio continuum sources derived from the same VLBA dataset. [Abridged]

研究动机与目标

• 研究水脉泽探测与 Compton 厚度 AGN 中高核柱密度之间的关系。
• 确定在 S0 星系 IRAS15480-0344 中新探测到的明亮水mega脉泽的起源。
• 利用多历元单天线和 VLBI 观测，约束脉泽辐射的运动学特性和空间分布。
• 评估脉泽辐射是否源于吸积盘、核区外流或喷流-云团相互作用。
• 评估核区外流在 S0 星系中尽管气体含量较低，仍可能促进脉泽放大机制的作用。

提出的方法

• 利用绿岸望远镜（GBT）进行多历元单天线观测，监测脉泽辐射的谱轮廓及其变异性。
• 利用甚长基线阵列（VLBA）进行干涉观测，以确定脉泽斑点的空间分布和精确位置。
• 分析单天线谱，识别出两个主要特征：一个接近系统速度的窄线，以及一个蓝移的宽线。
• 将脉泽位置与甚大阵列（VLA）在 8.4 GHz 的核区射电连续成分进行交叉比对，以评估空间关联性。
• 利用脉泽线宽和速度变异性推断动力学条件及潜在的物理起源。
• 假设半径为 15 pc、旋转速度为 110 km s⁻¹，采用开普勒模型估算宽线成分的束缚质量。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 IRAS15480-0344 中探测到的宽线和窄线水脉泽成分的起源是什么？
• RQ2 脉泽辐射是否与吸积盘、核区外流或喷流-云团相互作用有关？
• RQ3 脉泽斑点的空间分布如何与核区射电连续成分及紧凑射电源相关联？
• RQ4 脉泽线的运动学特性能否约束 AGN 内区的物理条件？
• RQ5 尽管 S0 星系通常气体含量较低，为何其脉泽探测率仍不可忽视？

主要发现

• 在距离 130 Mpc 处的 Compton 厚度 S0 星系 IRAS15480-0344 中探测到一个明亮的水mega脉泽，其各向同性光度约为 ~200 L⊙。
• 单天线谱显示两个主要特征：一个接近系统速度、FWHM <1 km s⁻¹ 的窄线，以及一个蓝移、FWHM ~90 km s⁻¹ 的宽线。
• VLBI 观测仅检测到窄线脉泽成分，其在空间上与核区 8.4 GHz 射电连续成分重合，但与任何紧凑射电核均无关联。
• 在主窄线成分西北约 15 pc 处探测到一个微弱的窄线特征，但无相关紧凑射电源。
• 宽线成分的极大线宽和强谱变异性表明其起源于喷流-云团相互作用，而窄线成分的低速度弥散则支持其起源于外流。
• 开普勒模型表明宽线成分的束缚质量约为 ~5×10⁷ M⊙，与基于盘-脉泽研究得出的黑洞质量一致，尽管不能完全排除盘起源。