A multifrequency view on the characteristics and evolution of narrow-line Seyfert 1 galaxies

Thumbnail Image

Files

isbn9789526420578.pdf (2.21 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Electrical Engineering | Doctoral thesis (article-based) | Defence date: 2024-11-04
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2024

Department

Metsähovin radio-observatorio
Metsähovi Radio Observatory

Major/Subject

Mcode

Degree programme

Language

en

Pages

103 + app. 129

Series

Aalto University publication series DOCTORAL THESES, 209/2024

Abstract

Narrow-line Seyfert 1 (NLS1) galaxies are a peculiar type of active galactic nuclei (AGN). These sources are identified by their narrow emission lines and are believed to be in an early evolutionary stage, perhaps in their first activity cycle. Originally these sources were thought to have no significant radio emission, but this hypothesis has been proven wrong by the presence of powerful, relativistic jets. The discovery of jets in these sources contradicts both the traditional classification system and the jet paradigm. In this thesis, large samples of NLS1 galaxies have been examined at both radio and optical frequencies by using archival data and data obtained through recent observing time proposals. Due to the difficulty in accurately classifying these sources, the traditional classification system of these sources states that they are incapable of significant radio emission, as well as of hosting powerful relativistic jets, most large samples of NLS1 galaxies are contaminated with other AGN, such as broad-line Seyfert 1 galaxies. Due to this, a study in this thesis focused on obtaining the cleanest large sample of NLS1 galaxies currently available by studying the optical spectrum of 11 001 sources, resulting in roughly 4000 sources deemed as most likely genuine NLS1 galaxies. The host galaxy morphologies of both jetted and non-jetted NLS1 galaxies of both northern and southern NLS1 galaxies were investigated in two separate studies. The aim was to try and decipher whether or not there are any clear differences between these two types of AGN. The results indicate that the predominant host of NLS1 galaxies is disk-like with the jetted and non-jetted sources sharing similar host galaxies. Furthermore, based on these results, major mergers do not seem to correlate with jettedness. In radio, an extensive analysis of the cleanest NLS1 galaxy sample was performed at three different frequencies: 144 MHz, 1.4 GHz, and 3 GHz. Nearly half of the sources were detected in at least one of these frequencies, with the majority of the detections at 144 MHz. Many of these sources present clear AGN activity, with over half of the detections at 3 GHz having a radio luminosity higher than what is typically found in star formation processes. Several compact steep-spectrum sources were also identified. The variability seen in some NLS1 galaxies is unique, with very large flux density changes occurring on shorter-than-expected timescales. Various explanations for the variability have been discussed and deemed as impossible, improbable, and possible. The extraordinary behavior seen in these sources can provide clues on the evolution of them and other AGN.

Narrow-line Seyfert 1 -galaksit, eli nylsyt, ovat aktiivisia galakseja. Niillä on tunnusomaisen kapeat sallitut emissioviivat. Näiden kohteiden on oletettu olevan aikaisessa kehitysvaiheessa, mahdollisesti jopa ensimmäisessä aktiivisuusjaksossa. Nylsyillä ei ole aktiivisten galaksien luokittelujärjestelmän perusteella huomattavaa radiosäteilyä, mutta tämä oletus on väärä. Näissä kohteissa on voimakkaat, relativistiset plasmasuihkut, jotka säteilevät kaikilla sähkömagneettisilla aallonpituuksilla. Tämä sotii sekä aktiivisten galaksien luokittelujärjestelmää että suihkuteoriaa vastaan. Tässä väitöskirjassa on tutkittu suuria nylsyotoksia radioalueella ja optisilla taajuuksilla, hyödyntäen sekä jo olemassa olevaa dataa että myös uutta, havaintoaikahakemuksilla saatua dataa. Luokittelujärjestelmän virheellisyydestä johtuen valtaosassa suurista galaksiotoksista on muitakin kohteita kuin nylsyjä, kuten leveäviivaisia Seyfert 1 -galakseja. Tämä tekee luokan ymmärtämistä hyvin vaikeaa, ellei mahdotonta. Tässä väitöskirjassa on käsin tarkastettu suuri galaksiotos, jossa oli väitetysti 11 001 nylsyä. Otos on puhdistettu niin hyvin kuin mahdollista. Lopputulos on puhtain suuri nylsyjen galaksiotos, joka sisältää noin 4000 todennäköistä nylsyä. Väitöskirjassa on myös tutkittu sekä suihkullisten että suihkuttomien ja pohjoisten ja eteläisten nylsyjen emogalakseja. Tavoitteena oli selvittää ovatko emogalaksit samanlaisia vai onko niissä selviä eroja. Tulosten perusteella nylsyjen pääsääntöinen emogalaksi on kiekkomainen eikä elliptinen, eikä suihkullisten ja suihkuttomien emogalaksien välillä ole huomattavia eroja. Tämän lisäksi galaksien törmäyksillä tai yhteen sulautumisilla ei vaikuta olevan merkitystä suihkujen syntymiseen. Galaksiotosta tutkittiin laajasti kolmella eri radiotaajuudella: 144 MHz, 1.4 GHz ja 3 GHz. Noin puolet kohteista detektoitiin, valtaosa 144~MHz:n taajuudella. Monessa kohteessa on selvää galaksiytimen vaikutusta, sillä yli puolella 3 GHz:lla detektoiduista kohteista on niin korkea radiokirkkaus ettei se voi olla peräisin vain tähtiensynnystä. Tutkimuksessa löydettiin myös useita mahdollisia compact steep-spectrum -kohteita. Nämä kohteet ovat kompakteja, suihkullisia kohteita, joilla on jyrkkä spektri. Näissä kohteissa suihku ei yllä ulos emogalaksista. Nylsyissä on havaittu merkittävää säteilyn määrän muuttuvuutta, joka tapahtuu lyhyemmillä aikaväleillä kuin mitä yleisesti aktiivisissa galaksinytimissä nähdään. Tälle muuttuvuudelle on väitöskirjassa ehdotettu useita selityksiä, joita on tutkittu ja jaoteltu ryhmiin: mahdoton, epätodennäköinen sekä mahdollinen. Nylsyjen ainutlaatuiset ominaisuudet ja käyttäytyminen auttavat sekä niiden että muiden aktiivisten galaksien kehityksen ymmärtämistä.

Description

Supervising professor

Lähteenmäki, Anne, Prof., Aalto University, Metsähovi Radio Observatory, Department of Electronics and Nanoengineering, Finland

Thesis advisor

Lähteenmäki, Anne, Prof., Aalto University, Metsähovi Radio Observatory, Department of Electronics and Nanoengineering, Finland

Keywords

narrow-line Seyfert 1 galaxies, active galactic nuclei, relativistic jets, radio astronomy, optical astronomy, host galaxy modeling, spectral modeling, nylsyt, aktiiviset galaksinytimet, relativistiset plasmasuihkut, radio astronomia, optinen astronomia, emogalaksin mallinnus, spektrimallinnus

Other note

Parts

  • [Publication 1]: M. Berton, I. Björklund, A. Lähteenmäki, E. Congiu, E. Järvelä, G. Terreran, and G. La Mura. Line shapes in narrow-line Seyfert 1 galaxies: a tracer of physical properties? Contributions of the Astronomical Observatory Skalnaté Pleso, Volume 50, no. 1, p. 270-292, January 2020.
    Full text in Acris/Aaltodoc: https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202002212250
    DOI: 10.31577/caosp.2020.50.1.270 View at publisher
  • [Publication 2]: I. Varglund, E. Järvelä, A. Lähteenmäki, M. Berton, S. Ciroi, and E. Congiu. Jetted narrow-line Seyfert 1 galaxies breaking the jet paradigm: A comprehensive study of host-galaxy morphologies. Astronomy and Astrophysics, Volume 668, id.A91, 22 pp., December 2022.
    Full text in Acris/Aaltodoc: https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202301181223
    DOI: 10.1051/0004-6361/202244465 View at publisher
  • [Publication 3]: I. Varglund, E. Järvelä, S. Ciroi, M. Berton, E. Congiu, and F. Di Mille. A host galaxy study of southern narrow-line Seyfert 1 galaxies. Astronomy and Astrophysics, Volume 679, id.A32, 12 pp., November 2023.
    Full text in Acris/Aaltodoc: https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202401041032
    DOI: 10.1051/0004-6361/202346131 View at publisher
  • [Publication 4]: E. Järvelä, T. Savolainen, M. Berton, A. Lähteenmäki, S. Kiehlmann, T. Hovatta, I. Varglund, A. C. S. Redhead, M. Tornikoski, W. Max-Moerback, R. A. Reeves, and S. Suutarinen. Unprecedented extreme high-frequency radio variability in early-stage active galactic nuclei. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 532, Issue 3, pp. 3069-3101, August 2024.
    Full text in Acris/Aaltodoc: https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202408095391
    DOI: 10.1093/mnras/stae1701 View at publisher
  • [Publication 5]: I. Varglund, E. Järvelä, M. J. Hardcastle, A. Lähteenmäki, and S. Varglund. A comprehensive radio study of narrow-line Seyfert 1 galaxies. Submitted to Astronomy and Astrophysics, June 1st 2024

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-64-2057-8

Collections

[diss] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC