[論文レビュー] A multi-epoch spectroscopic study of the BAL quasar APM 08279+5255 II. Emission- and absorption-line variability time lags

Francesco Gabriele Saturni, D. Trèvese+3 more|Cineca Institutional Research Information System (Tor Vergata University)|Dec 10, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 81被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、16年間にわたる複数エポックの光度および分光的データを用いて、高赤方偏移BALクェーサーAPM 08279+5255のSi IVおよびC IV発光線に対する初のリババベーションマッピングを実施し、共動フレームでの遅れを約900日と測定した。これは、ブラックホール質量が約10^10 M☉に相当することを示唆する。さらに、C IVの狭帯域吸収系には約160日間の再結合遅れが確認され、吸収体が核からの距離が約10 kpcに位置し、宿主銀河内に存在することを示している。

ABSTRACT

The study of high-redshift bright quasars is crucial to gather information about the history of galaxy assembly and evolution. Variability analyses can provide useful data on the physics of the quasar processes and their relation with the host galaxy. In this study, we aim at measuring the black hole mass of the bright lensed BAL QSO APM 08279+5255 at $z=3.911$ through reverberation mapping, and at updating and extending the monitoring of its C IV absorption line variability. Thanks to 138 R-band photometric data and 30 spectra available over 16 years of observations, we perform the first reverberation mapping of the Si IV and C IV emission lines for a high-luminosity quasar at high redshift. We also cross-correlate the C IV absorption equivalent width variations with the continuum light curve, in order to estimate the recombination time lags of the various absorbers and infer the physical conditions of the ionised gas. We find a reverberation-mapping time lag of $\sim 900$ rest-frame days for both Si IV and C IV emission lines. This is consistent with an extension of the BLR size-to-luminosity relation for active galactic nuclei up to a luminosity of $\sim 10^{48}$ erg/s, and implies a black hole mass of $10^{10}$ $M_\odot$. Additionally, we measure a recombination time lag of $\sim 160$ days in the rest frame for the C IV narrow absorption system, which implies an electron density of the absorbing gas of $\sim 2.5 \cdot 10^4$ cm$^{-3}$. The measured black hole mass of APM 08279+5255 indicates that the quasar resides in an under-massive host-galaxy bulge with $M_{bulge} \sim 7.5 M_{BH}$, and that the lens magnification is lower than $\sim 8$. Finally, the inferred electron density of the narrow-line absorber implies a distance of the order of 10 kpc of the absorbing gas from the quasar, placing it within the host galaxy.

研究の動機と目的

• APM 08279+5255のSi IVおよびC IV発光線のリババベーションマッピングを用いて、高赤方偏移BALクェーサーのブラックホール質量を測定すること。
• C IV吸収線の変動を更新・拡張し、狭帯域吸収系における再結合遅れを特定すること。
• 時間遅れ測定を用いて、吸収体内のイオン化ガスの物理的状態と空間的位置を推定すること。
• 測定された時間遅れと距離-明るさ関係を用いて、APM 08279+5255のレンズ増幅率を制約すること。
• ブラックホール質量とバルジ質量比を評価し、宿主銀河の進化段階を検討すること。

提案手法

• 連続スペクトルと発光線変動の間の時間遅れを測定するため、約16年間にわたる観測をカバーする30本のスペクトルおよび138本のRバンド光度曲線にリババベーションマッピングを適用した。
• 相互相関解析を用いて、連続スペクトルとC IV発光線の共動フレーム時間遅れを特定し、Si IVおよびC IVの両方で約900日間の遅れが得られた。
• C IV狭帯域吸収系における再結合遅れは、等価幅の変動を連続スペクトル曲線と相互相関させることで測定され、約160日間の遅れが得られた。
• 再結合遅れとボリューム的明るさを仮定し、典型的なイオン化パラメータU ~ 10^-2を用いて、吸収体のイオン化パラメータと距離を推定した。
• 標準的なリババベーションマッピング式 M_BH = f * c * t_lag * Δv² / G を用いてブラックホール質量を計算した。fは、準平衡雲を仮定して約1とされた。
• 距離-明るさ関係を逆算してレンズ増幅率を制約し、μ = 2.4^{+5.8}_{-1.9}が得られた。これはRiechersら（2009）のモデルと整合的である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 APM 08279+5255における連続スペクトルとSi IV/C IV発光線の共動フレーム時間遅れは何か？ これはブラックホール質量に何を示唆するか？
• RQ2 C IV狭帯域吸収系の再結合遅れは何か？ これにより、吸収体の距離と密度はどのように特定されるか？
• RQ3 測定された時間遅れは、APM 08279+5255のレンズ増幅率をどのように制約するか？
• RQ4 APM 08279+5255におけるブラックホール質量とバルジ質量比は何か？ これは宿主銀河の進化段階をどのように示唆するか？
• RQ5 以前に提唱されたように、観測されたC IV吸収線の変動は、約200 Åのイオン化連続スペクトルの変化によって駆動されているとされるか？

主な発見

• Si IVおよびC IV発光線の共動フレーム時間遅れは、両方とも約900日間と測定され、明るさ-半径関係に一致しており、明るさが約10^48 erg s^-1まで拡張可能である。
• 測定された時間遅れと一般的なライン幅の仮定に基づき、ブラックホール質量は約10^10 M☉と推定された。
• C IV狭帯域吸収系の再結合遅れは約160日間と測定され、吸収体が中心源からの距離で約9.6 kpcに位置していることを示唆している。
• 吸収ガスの電子密度は約2.5 × 10^4 cm^-3と推定され、宿主銀河内に存在する高密度・高密度な吸収体と整合的である。
• レンズ増幅率はμ = 2.4^{+5.8}_{-1.9}と制約され、これはRiechersら（2009）のモデルと整合的であり、Egamiら（2000）の高い増幅率モデルを否定する。
• 吸収体は宿主銀河内に位置しており、その距離（約10 kpc）は典型的な銀河バルジサイズと同等であり、イオン化パラメータも銀河環境と整合的である。