[論文レビュー] A Comment on the Radiative Efficiency of AGN

Ari Laor, Shane W. Davis|arXiv (Cornell University)|Oct 4, 2011

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、PGクェザー統計における放射効率（η）とブラックホール質量（M_BH）の観測相関が、選択効果に起因するものではなく、二つの独立した物理的要因に起因することを主張している。その要因とは（1）Eddington比が大きいAGNを優遇するサンプル選択バイアス、および（2）スペクトルエネルギー分布（SED）形状の驚くべき小さな固有分散（L_opt ∝ L_bol）であり、これは選択によるものではなく、降着円盤放射の根本的物理的制約を反映している。主な結果として、η ∝ M_BH^0.5 関係は物理的に意味を持ち、AGN質量の範囲にわたる一様な内側円盤構造またはスピン進化を示唆している。

ABSTRACT

A recent study of the accretion efficiency of the PG sample AGN, based on the thin accretion disk emission model, finds the accretion radiative efficiency is correlated with the black hole mass (eta Mbh^0.5). A followup study suggests the correlation is an artifact induced by selection effects. Here we point out there are two independent effects. The first is a sample selection effect, which leads to a high L/L_Edd AGN sample. The second effect is the observed small spread in the SED shape, which is not induced by selection effects. The second effect is what leads to the eta Mbh^0.5 relation in the PG sample. The physical reason for the small spread in the SED shape is an intriguing open question.

研究の動機と目的

• PGクェザー統計における観測されたη ∝ M_BH^0.5 相関がサンプル選択のアーティファクトであるのか、それとも真の物理的関係であるのかを解明すること。
• 観測された放射効率とSED形状に影響を与える選択効果と内在的物理的性質を区別すること。
• ブラックホール質量が異なるにもかかわらず、SED形状（L_opt/L_bol）が強く変動しない理由を、質量依存の円盤温度効果の予想に反して解明すること。
• 観測された相関がブラックホールスピンの物理的進化を示唆するのか、あるいは標準的な薄い円盤モデルからの逸脱を示唆するのかを評価すること。

提案手法

• 著者たちは、光学放射（L_opt）とブラックホール質量（M_BH）から絶対的な降着率を導出するため、薄い降着円盤モデルをPGクェザー統計に適用し、関係式 Ṁ = 3.5 M⊙ yr⁻¹ (L_opt,45)^{3/2} M_8^{-0.89} を用いる。
• ボロメトリック光度（L_bol）を観測されたSEDから導出し、η = L_bol / (Ṁc²) を用いて放射効率を計算する。
• PGサンプルの形態的選択基準（L_opt/L_host > 1）が、L_opt/L_Edd に下限を設け、結果として与えられたM_BHに対してṀに下限を設ける影響を検討する。
• 観測されたL_opt/L_bolの小さな分散が選択効果に起因するのか、それとも物理的制約に起因するのかを、他のAGNサンプル（例：R11のSeyfertおよびSDSSクェザー統計）と比較することで検証する。
• 観測されたSEDを、すべてのM_BHでη = 0.1を一定と仮定した理論的SEDと比較し、非一様な円盤放射を示す系のずれを明らかにする。
• 観測されたSEDの一様性がブラックホールスピン進化や標準的薄い円盤物理からの逸脱に与える含みを検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PGクェザー統計における観測されたη ∝ M_BH^0.5 相関は、サンプル選択のアーティファクトなのか、それとも真の物理的関係なのか？
• RQ2 円盤温度がM_BHに強く依存するはずであるにもかかわらず、L_opt/L_bol比の小さな分散を生じる物理的メカニズムは何か？
• RQ3 観測された相関がブラックホールスピンが質量とともに増加することを示唆するのか、それとも降着円盤構造のモデル化されていない物理的要因に起因するのか？
• RQ4 標準的な薄い円盤モデルの予想に反し、低M_BHのAGNが高M_BHのAGNよりも高温のSEDを示さないのはなぜか？
• RQ5 もしη-M_BH関係がブラックホールスピンに直接結びつかない場合でも、それが内側降着円盤プロセスの制約に有用であると考えられるか？

主な発見

• PGサンプルにおける観測されたη ∝ M_BH^0.5 相関は、選択効果に起因するものではなく、Eddington比選択と内在するSED一様性という二つの独立した物理的要因に起因する。
• L_opt/L_bolの小さな分散（M_BHにわたってほぼ一定）は選択によって引き起こされたものではなく、AGNのSEDに内在する根本的物理的制約を反映しており、これは標準的薄い円盤モデルでは説明できない。
• もしηがブラックホールスピンによって決定されるならば、観測された相関はスピン（a）がM_BHとともに増加し、より低い円盤温度を補償するための内側円盤半径r_inが減少することを示唆する。
• 観測されたSEDは、すべてのM_BHで1–3 Rydbergsの波長でピークを示すが、これはηを一定と仮定したSEDの予想（M_BH < 10^7 M⊙では約10 Rydbergs、M_BH > 10^9 M⊙では1 Rydberg未塔）と矛盾する。
• 一様なSED形状は、ブラックホールスピンが質量とともに系統的に進化するか、あるいは降着円盤構造が標準的薄い円盤仮定から逸脱していることを示唆しており、磁場や放射圧効果などのモデル化されていない物理的要因が関与している可能性がある。
• 物理的起源が未解明のままであるSED一様性であっても、η-M_BH関係は、ブラックホールスピンに直接結びつかなくても、内側降着円盤プロセスの探査に価値ある手がかりを提供する。