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A systematic study of amorphous and crystalline silicate in heavily obscured AGNs with Spitzer and AKARI

土川, 拓朗 名古屋大学

2022.06.02

概要

活動銀河核（AGN）は、銀河の中心に存在する巨大ブラックホール（BH）が活発な降着活動を通して多波長にわたって輝く天体であり、過去に数多くの観測・研究がなされてきた。特に進化初期の AGN は、固体微粒子(ダスト)を含む濃い雲に深く隠されているとされ、その活動性を理解することは極めて困難である。近年の観測研究によって、この深く埋もれた AGN は、核周物質と動的に強く結びついて進化していることがわかってきた。

このような活動的な天体の周辺環境は、一般的な星間空間と物理状態が異なる事が期待される。

本研究において着目するシリケートダストは、AGN 核周物質を構成するダストの主成分であり、その周辺環境に応じて物理的・鉱物学的な変成を受け得る。中間赤外線帯に見られるシリケートの原子間結合に由来するバンドフィーチャーは、結晶度、組成、サイズ分布等のシリケートの性質を反映したスペクトル形状を持つことが知られる。よって、この放射・吸収フィーチャーの形状の詳細解析によりシリケートの情報を抽出可能であるが、これまで深く埋もれた AGN に対して詳細かつ系統的に調べた研究はほとんど存在しない。申請者は先行研究において赤外線天文衛星「あかり」によって新たに得られた深く埋もれた AGN のスペクトルを解析し、赤外線天文衛星Spitzer で得られた多数のスペクトルと比較することで、シリケートダストの変成を示唆した。

本研究では、Spitzer によって観測された中間赤外線分光データの内、深いシリケート吸収が見られる近傍の埋もれた AGN 115 天体に対して、中間赤外線スペクトルを細部まで詳細にモデル化することで、AGN を深く覆い隠すシリケートダストの性質について系統的な議論を行った。

天体間のフィーチャー形状の違いを説明するには、主成分として非晶質観覧石、副成分として非晶質輝石と結晶質観覧石の３成分を考慮する必要があり、得られた組成比は大きなばらつきを示すことが分かった。さらに、非晶質シリケートについて、ダスト形状とサイズ分布が異なる４つのモデルを仮定し解析を行った結果、95%の天体で不規則な形状を持ち大きなダストを含まないダストモデルが最もスペクトルをよく再現する事を明らかにした。

得られたシリケートダストの性質の内、輝石の存在比、ダスト形状、サイズ分布の全体の傾向は、天の川銀河で観測される古い星から放出されたばかりの星間ダストに近い事がわかった。このことは、ダストが比較的最近に生成されたことを意味する。結晶度は宇宙線等の粒子衝突を考慮すると低い値が期待される一方で、0%から 14%と高い値まで幅広く分布した。よって、何らかの結晶化プロセスの寄与が期待される。AGN による結晶化の寄与の可能性を考え、全赤外線光度に対する中間赤外線単色光度比と比較を行ったところ、結晶度と有意な相関を示した。中間赤外線単色光度は AGN により高温に加熱されたダスト放射を反映するため、AGN 活動が結晶化に寄与していることを示唆する。さらに、熱的な変成を受けていないことが期待される水氷の存在比が大きい天体が低結晶度にある傾向を示したことからも、この可能性が支持される。

一般的な銀河合体による進化シナリオより、深く埋もれた AGN は爆発的星形成を伴っている、もしくその星形成が抑制され始めたフェーズにあると考えられる。よって、核周領域での爆発的星形成において古い星から比較的最近に生成された大量の新しいダストが遮蔽体を形成している事が示唆される。また、結晶質シリケートは波長 16、19、23 ミクロン帯に吸収フィーチャーとしてのみ観測されたことから、低温領域に存在すると考えられるが、結晶化は一般的に高温領域で熱処理を受けることにより引き起こされる。以上を踏まえて、爆発的星形成起因の非晶質シリケートダストの結晶化のシナリオとして２つの可能性を提案する。一つは、ダストが中心核近傍の高温領域で結晶化され、近年の観測により赤外線銀河に偏在することが明らかになった分子アウトフローによって外側の低温領域まで運ばれた可能性である。もう一つは、分子アウトフロー起因の衝撃波加熱により、低温領域で過渡的に加熱されてその場で結晶化した可能性である。

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