[論文レビュー] Accurate Black Hole Mass Measurements for Thermal AGNs and the Origin of the Correlations Between Black Hole Mass and Bulge Properties

C. M. Gaskell|arXiv (Cornell University)|Nov 8, 2011

Advanced Measurement and Metrology Techniques参考文献 4被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、ライン幅依存性を組み込んだ改良されたスケーリング関係を用いて、タイプ1AGNにおけるブラックホール質量推定のDibai法を精緻化した。これにより、質量推定の散らばりが±0.15 dexにまで低減された。改良された手法は、SMBHとバルジの相関関係が合体による平均化に起因する（物理的因果関係ではなく）という仮説を支持する。

ABSTRACT

A simple refinement is proposed to the Dibai method for determining black hole masses in type-1 thermal AGNs. Comparisons with reverberation mapping black hole masses and host galaxy bulge properties suggest that the method is accurate to +/- 0.15 dex. Contrary to what was thought when the black hole mass - stellar velocity dispersion ("M - sigma") relationship was first discovered, it does not have a lower dispersion than the black hole mass - bulge luminosity ("M - L") relationship. The dispersion in the M - L relationship for AGNs decreases strongly with increasing black hole mass or bulge luminosity. This is naturally explained as a consequence of the black hole - bulge relationships being the result of averaging due to mergers. Simulations show that the decrease in dispersion in the M - L relationship with increasing mass is in qualitative agreement with being driven by mergers. The large scatter in AGN black hole masses at lower masses rules out significant AGN feedback. A non-causal origin of the correlations between black holes and bulges explains the frequent lack of supermassive black holes in late-type galaxies, and the lack of correlation of black hole mass with pseudo-bulges.

研究の動機と目的

• タイプ1熱的AGNにおけるブラックホール質量測定の正確性を、Dibai法の改良版を用いて向上させること。
• 観測された$M_{\bullet}$–$L_{bulge}$および$M_{\bullet}$–$\sigma_*$相関が物理的因果関係に起因するのか、それとも銀河合体中の統計的平均化に起因するのかを評価すること。
• AGNフィードバックが観測されたブラックホール–バルジ関係の散らばりに果たす役割を評価すること。
• クラシカルバルジが$M_{\bullet}$–$L_{bulge}$相関を示す一方で擬似バルジが示さない理由を調査すること。
• 低質量における$M_{\bullet}$–$L_{host}$関係の散らばりが、顕著なフィードバックや微調整機構を排除するかどうかを特定すること。

提案手法

• 本稿は、Gaskell (2010a) に基づく経験的関係から導かれた、追加のライン幅項を含む改良されたDibai法を提案し、$M_{\text{Dibai}} \propto \text{FWHM}^2 L^{0.5}$ からより正確なスケーリングに改善した。
• 新たな質量推定式$M_{\text{new}}$は、Vestergaard & Peterson (2006) が得たリバーブレーションマッピング質量を用いてキャリブレーションされ、質量推定の散らばりが低減された。
• 本手法はH$\beta$ラインのFWHMとAGNの等価放射度を入力とし、改善されたスケーリングにより相対的分散が元のDibai法の±0.37 dexから±0.22 dexにまで低下した。
• ドライ合体を仮定したシミュレーションでは、初期に$M_{\bullet}$と$L_{\text{bulge}}$が対数正規分布を示す場合、$M_{\bullet}/L_{\text{bulge}}$の散らばりが質量の増加に伴い減少することが示された。
• ブラックホール質量と星の等価放射度の初期分布は独立と仮定し、合体単位数$n$に対して散らばりが$n^{-1/2}$の割合で減少する。
• モデルは観測された$M_{\bullet}$–$L_{host}$の散らばりと比較され、合体駆動平均化との整合性を評価するために観測データと照合された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブラックホール質量推定のためのDibai法を、散らばりを低減し正確性を向上させるように改良できるか？
• RQ2 観測された$M_{\bullet}$–$L_{bulge}$関係の散らばりは、本質的であるのか、測定誤差や選択効果に起因するのか？
• RQ3 高質量領域における$M_{\bullet}$–$L_{host}$関係の散らばりの減少は、相関関係の合体駆動起源を支持するか？
• RQ4 観測された$M_{\bullet}$–$\sigma_*$および$M_{\bullet}$–$L_{bulge}$相関は、物理的因果関係ではなく、銀河合体中の統計的平均化によって説明可能か？
• RQ5 低質量AGNにおける大きな散らばりは、顕著なAGNフィードバックやブラックホール質量成長における微調整機構を排除するのか？

主な発見

• 改良されたDibai法により、リバーブレーションマッピング質量と比較した場合、ブラックホール質量推定の散らばりが±0.15 dexにまで低減され、著しく正確性が向上した。
• $M_{\bullet}$–$L_{bulge}$関係の散らばりは、$M_{\bullet}$–$\sigma_*$関係の散らばりより小さくないことが判明し、$M_{\bullet}$–$\sigma_*$発見当時における仮定とは逆であった。
• $M_{\bullet}$–$L_{host}$関係の散らばりは、ブラックホール質量またはバルジ等価放射度の増加に伴い強く減少し、合体駆動平均化と整合的である。
• シミュレーションにより、非ガウス的（対数正規）な初期分布から出発しても、質量の増加に伴う散らばりの減少は定性的に合体仮説と整合的であることが示された。
• 低質量領域における大きな散らばりは、顕著なAGNフィードバックが散らばりを低減するメカニズムとして成立しないことを示しており、このようなフィードバックが観測された傾向を生み出すには極めて微調整された作用が必要となる。
• モデルは、クラシカルバルジが$M_{\bullet}$–$L_{bulge}$相関を示す一方で擬似バルジが示さない理由を説明できる。クラシカルバルジは合体によって形成されるが、擬似バルジは定常的プロセスによって成長するためである。