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Vaona, Luigi (2010) Spectral properties and photoionization models of the NLR in Seyfert galaxies. [Ph.D. thesis]

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Abstract (english)

Although the properties of Narrow Line Region (NLR) of Active Galactic Nuclei (AGN)
have been deeply studied by many authors in the past two decades, many questions are still
open, like the origin of the gas and possible differences between different types of AGN. Here
we intend to explore the NLR of Seyfert galaxies by means of measurements of a large set
of observed spectra and comparison with photo-ionization models. The photo-ionization by
a non-thermal source is the most reliable ionization mechanism for the NLR. Indeed, many
works support this hypothesis with direct measurements and comparisons with models.
This thesis is based on three fundamental steps: i) the spectra selection, their measurement
and spectroscopic classification of the targets; ii) the spectroscopic analysis and the
physical parameters determination; iii) the photo-ionization models and their comparison
with the observed spectra.
The main goal is to collect a large statistical spectroscopic sample of Seyfert 2 and
Intermediate-type Seyfert galaxies having a high signal-to-noise ratio in order to take advantage
of a high number of emission lines to be accurately measured.
3154 spectra were selected from Sloan Digital Sky Survey - DR7 with a new diagnostic
diagram based on the Oxygen emission-line ratios (Oxygen diagram). All the emission
lines, broad components included, were measured by means of a self-developed code, named
GGFIT, after the subtraction of the stellar component. Physical parameters, such as internal
reddening, luminosity, temperature, density, gas and stellar velocity dispersion were determined
for each object. Furthermore, an estimate of mass and radius of the NLR, kinetic
energy of the ionized gas, and mass accretion rate of the black-hole was provided.
Using the photo-ionization code, CLOUDY, we were able to reproduce the observed spectra,
hence the most likely input parameters for different kinds of photo-ionization models
were determined. The main parameters are metallicity, power-law index, ionization parameter,
electron density, column density and dust-to-gas ratio. The comparison between models
and observed spectra was performed by χ2 test on the emission-line fluxes.
From the emission-line analysis, the measured physical properties and the comparison
with the models it is clear that the most likely gas distribution is given by a low density
medium (Ne ∼ 1 ÷ 10 cm−3) surrounding clouds with higher density (Ne > 4 × 105 cm−3).
The dust should be reduced in the inner part of NLR. The emission line correlations suggest
a stratified ionization, with high and low ionization clouds. In the Intermediate-type Seyfert
sample we find lower extinction (the median value is AV ∼ 1mag), no correlation between
gas and stellar velocity dispersion and the presence of the [FeVII] coronal lines, results which
strongly suggest that we are looking deep inside the NLR. On the other hand in the Seyfert 2
sample we find higher extinction (the median value is AV ∼ 1.5mag) and a partial correlation
between gas and stars kinematics. All is consistent with the Unified Model. The [OIII]5007
line is asymmetric in the vast majority of the cases, especially in the Intermediate-type Seyfert
sample. 75% of the [OIII]5007 asymmetric lines show a blue asymmetry. This is consistent
with gas outflow in a medium rich in dust. Finally, the models seem to indicate a generally
high metallicity of the NLR (1 ÷ 2.5Z⊙) and this suggests that in most of the cases the
ionized gas belongs to the host galaxy.

Abstract (italian)

Sebbene le propriet`a della Narrow Line Region (NLR) dei Nuclei Galattici Attivi (AGN)
siano stati studiati in modo approfondito da molti autori negli ultimi decenni, molte questioni
sono ancora aperte, come l’origine del gas e le possibili differenze tra i diversi tipi di AGN.
Noi qui intendiamo investigare le NLR delle galassie di Seyfert attraverso la misura di un
grande campione di spettri e il confronto con modelli di fotoionizzazione. La fotoionizzazione
da una sorgente non termica `e il meccanismo di ionizzazione pi´u accreditato nel caso delle
NLR. Infatti, molti lavori sostengono questa ipotesi con misure dirette e con il confronto con
i modelli.
La tesi si basa su tre punti fondamentali: i) la selezione degli spettri, la relativa misura e
classificazione; ii) l’analisi spettroscopica e la determinazione dei parametri; iii) i modelli di
fotoionizzazione e il loro confronto con gli spettri osservati.
Lo scopo principale `e la raccolta di un vasto campione di spettri di Seyfert 2 e di Seyfert
intermedie con alto rapporto segnale rumore in modo tale da misurare in modo accurato un
grande numero di righe.
Sono stati selezionati 3154 spettri dalla Sloan Digital Sky Survey - DR7 con un nuovo
diagramma diagnostico, basato sui rapporti delle righe di emissione dell’Ossigeno (diagramma
degli ossigeni). Tutte le righe in emissione, incluse le componenti larghe (broad) sono state
misurate tramite un codice da noi sviluppato, chiamato GGFIT, dopo la sottrazione della
componente stellare. Per ogni oggetto sono stati determinati i parametri fisici, come arrossamento,
luminosit`a, temperatura, densit`a, dispersione di velocit`a del gas e delle stelle. Inoltre
`e stata fornita una stima della massa e del raggio della NLR, dell’energia cinetica del gas
ionizzato, e del tasso di accrescimento della massa del buco nero.
Usando il codice di fotoionizzazione, CLOUDY, siamo stati in grado di riprodurre gli
spettri osservati e di derivare i parametri di ingresso pi`u probabili per le differenti tipologie di
modelli. I parametri pi`u importanti sono: la metallicit`a, l’indice di “power-law”, il parametro
di ionizzazione, la densit`a elettronica, la densit`a di colonna e il rapporto fra la quantit`a di
polvere e di gas. Il confronto fra i modelli e gli spettri osservati `e stato fatto tramite il test
χ2 sui flussi delle righe in emissione.
Dall’analisi delle righe in emissione, dalle propriet`a fisiche misurate e dal confronto con i
modelli appare chiaro che la distribuzione pi`u probabile del gas `e data da un mezzo a bassa
densit`a (Ne ∼ 1 ÷ 10 cm−3) che circonda nubi con densit`a maggiore (Ne > 4 × 105 cm−3).
La quantit`a di polveri dovrebbe essere ridotta nelle zone interne della NLR. Le correlazioni
fra le righe di emissione suggerisce una ionizzazione stratificata, con nubi di alta e bassa ionizzazione.
Nel campione di Seyfert intermedie abbiamo trovato un’estinzione ridotta (il cui
valore mediano `e AV ∼ 1.0mag), nessuna correlazione nella dispersione di velocit`a fra gas e
componente stellare e la presenza delle righe coronali del ferro VII, risultati che suggeriscono
fortemente che stiamo guardando in profondit`a nella NLR. D’altro canto nel campione delle
Seyfert 2 troviamo una maggiore estinzione (il cui valore mediano `e AV ∼ 1.5mag) e una
parziale correlazione nella cinematica fra gas e componente stellare. Tutto questo `e consistente
con il Modello Unificato. La riga [OIII]5007 appare asimmetrica nella maggior parte
dei casi, specialmente nel campione delle Seyfert intermedie. Il 75% delle righe [OIII]5007
asimmetriche mostra una asimmetria blu. Questo `e consistente con un deflusso di gas ionizzato
in un mezzo ricco di polveri. Infine, i modelli sembrano indicare un alto grado di
metallicit`a della NLR (1 ÷ 2.5Z⊙) e questo suggerisce che nella maggior parte dei casi il gas
ionizzato appartiene alla galassia ospite.

Statistiche Download
EPrint type:Ph.D. thesis
Tutor:Rafanelli, Piero
Ph.D. course:Ciclo 22 > Scuole per il 22simo ciclo > ASTRONOMIA
Data di deposito della tesi:UNSPECIFIED
Anno di Pubblicazione:27 January 2010
Key Words:galassie attive, gas ionizzato, spettri in emissione
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 02 - Scienze fisiche > FIS/05 Astronomia e astrofisica
Struttura di riferimento:Dipartimenti > pre 2012 - Dipartimento di Astronomia
Codice ID:2589
Depositato il:20 Sep 2010 10:25
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