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Title

Origin and nature of radio-loud broad absorption line quasars: a multi-wavelength study

Other TitlesOrigen y estructura de radio-cuásares con líneas de absorción anchas: un estudio multi-longitud de onda
AuthorsBruni, G.
AdvisorGonzález-Serrano, José Ignacio ; Dallacasa, Daniele; Mack, K.-H.
Issue Date2012
PublisherUniversità di Bologna
Universidad de Cantabria
Abstract[EN]: The origin of Broad Absorption Line Quasars (BAL QSOs) is still an open issue. Accounting for ? 20% of the QSO population, these objects present broad absorption lines in their optical spectra generated from outflows with velocities up to 0.2 c. There is still no consensus about the origin of the absorbing gas in BAL QSOs, the mechanism which accelerates it, or the relationship between BAL QSOs and the quasar population as a whole. Nowadays, the hypotheses about their nature are principally related to orientation or evolutionary scenarios. In the first one, absorption lines are produced by outflows originated by the accretion disk, basically present in all QSOs, but seen only when they intercept the line of sight. In the second hypothesis, BAL QSOs would be young or recently re-fueled QSOs, still ejecting their dust cocoon. In this case orientation would not play a role, since the absorption features would be produced by spherically ejected matter. In this work we present the results of a multi-frequency study of a Radio- Loud BAL QSO sample, and a comparison sample of Radio-Loud non-BAL QSOs, both selected from the Sloan Digital Sky Survey (SDSS). We performed observations in the radio band, to sample the SED in the GHz range and study the characteristics of the synchrotron emission, aiming at collecting indications about the age and the orientation of the central radio source, as well as the polarization properties. The comparison with the non-BAL QSO sample allows us to conclude that no particular orientation is present in BAL QSOs. Nevertheless, similar fractions of GHz-peaked sources in the two sample (36±12% vs 23±8%) does not seem to suggest a young age for BAL QSOs, and this conclusion is favoured by the presence, in some cases, of low-frequency, presumably old components in the radio spectrum. Through the VLBI technique, it was possible to study the pc-scale radiomorphology of half the sample. About 80% of sources present a resolved structure, with projected linear sizes comprised between tens and hundreds of pc. This fraction is comparable with previous results from literature. The missing flux density with respect to observations at kpc-scale resolution suggests a low frequency, diffuse component in some cases. The variety of morphologies does not support a particular orientation. We also investigated the dust grey-body emission at mm-wavelengths, to verify whether BAL QSOs are dust-rich, physical condition requested by the evolutionary model. Only 7% of the sources present a clear dust contribution at 250 GHz. Not being dust rich, BAL QSOs should not present an high star-formation rate. Thus, again, they should not be a particularly young class of objects. Finally, using a sample of optically-bright Radio-Loud and Radio-Quiet QSOs, we collected spectra in the Near-Infrared band, to estimate the central black hole mass, the Eddington ratio, and the Broad Line Region radius, in order to underline dfferences induced by the Radio-Loud phase. From an analysis of the SDSS DR7 QSO catalogue, the Eddington ratio is the only physical quantity found to be significantly dfferent in Radio-Loud BAL QSOs, 26% of these objects being super-Eddington, while only 13% of Radio-Quiet BAL QSOs show the same property. Even a bigger difference has been found between BAL and non-BAL QSOs as a whole (13% vs 2%).
[ES]: El origen de los cuásares con líneas anchas de absorción (BAL QSOs, del acrónimo en inglés Broad Absorption Line Quasars) es un tema todavía en discusión. Representando aproximadamente un 20% de la población de QSOs, estos objetos muestran líneas de absorción muy anchas en su espectro óptico/UV que están generadas por flujos de material que emerge con velocidades de hasta 0.2c. No existe consenso sobre el origen de este gas causante de las absorciones, ni del mecanismo que lo acelera, o de la relación entre los cuásares BAL y el resto de la población de cuásares. Actualmente, las hipótesis sobre su naturaleza están relacionadas principalmente con la orientación o con escenarios evolutivos. En la primera, las líneas de absorción estarían producidas por flujos emergentes originados en el disco de acrecimiento asociado al agujero negro central del QSO, pero que se observarían solamente cuando interceptan la línea de visión. En un escenario evolutivo, sin embargo, los cuásares BAL serían objetos jóvenes o re-abastecidos que todavía estarían expeliendo su envoltura de gas y polvo. En este caso, la orientación no jugaría ningún papel y las absorciones estarían producidas por materia eyectada radialmente. En este trabajo se presentan los resultados de un estudio multifrecuencia de una muestra de cuásares BAL emisores en radio. Se ha seleccionado una muestra de comparación de cuásares no-BAL emisores en radio también. Ambas muestras se han seleccionado a partir del Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Se han realizado observaciones en radio de ambas muestras, para estudiar su distribución espectral de energía (SED) en el rango del GHz y estudiar las características de la emisión sincrotrón. El objetivo es obtener estimaciones de la edad de la radiofuente, la orientación de la radiofuente central, y obtener medidas de polarización. La comparación con la muestra de objetos no-BAL nos permite concluir que no existe una orientación preferida o predominante en los cuásares BAL. Por otro lado, sin embargo, la fracción similar de fuentes con pico en 1 GHz (36±12% vs. 24±8%) no parece sugerir que los BALs sean más jóvenes. Esta conclusión está apoyada por la presencia, en algunos casos, de componentes de baja frecuencia, supuestamente viejas, en sus radio espectros. Utilizando técnicas VLBI (Very Large Baseline Interferometry) ha sido posible estudiar así mismo la morfología, a la escala del parsec, de la mitad de la muestra. Sobre un 80% de las fuentes observadas muestran estructura resuelta con tamaños proyectados de entre decenas y centenares de parsecs. Esta fracción es comparable con otros resultados de otros autores. La variedad de morfologías observada no parece apoyar la idea de orientaciones preferentes. Se investigó también en este trabajo la emisión de cuerpo gris a longitudes de onda milimétricas con el fin de determinar si los cuásares BAL pudieran ser ricos en polvo, requisito indispensable para apoyar un escenario evolutivo. Solamente un 7% de
las fuentes observadas presentan una clara contribución por polvo a 250 GHz. Al no ser ricos en polvo, los cuásares BAL no deberían presentar un alto ritmo de formación estelar, así pues, concluimos que no deben ser una clase de objetos particularmente jóvenes. Finalmente, se han estudiado dos muestras de BALs, brillantes en el rango óptico, la primera consistente en cuásares emisores en radio y la segunda, de comparación, en objetos no emisores en radio. Se obtuvieron espectros en el infrarrojo cercano para estimar la masa del agujero negro central, sus luminosidades, sus cocientes de Eddington, el tamaño de la Broad Line Region (BLR) con el fin de buscar diferencias que podrían estar inducidas en la fase de radioemisión. Después de este análisis y junto con un análisis del catálogo SDSS DR7 de cuásares, encontramos que el único parámetro que distingue a los radio cuásares BAL es el cociente de Eddington. Un 23% de los objetos emisores en radio son super-Eddington, mientras que sólo un 13% de los no emisores en radio lo son. Una diferencia aún mayor se encuentra entre cuásares BAL y no BAL (13% vs. 2%).
URIhttp://hdl.handle.net/10261/141315
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