[論文レビュー] AGN Broad Line Regions Scale with Bolometric Luminosity

Sascha Trippe|arXiv (Cornell University)|Jun 15, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 16被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、活発銀河核（AGN）の幅広い線領域のサイズが、単色光度（$\lambda L_\lambda$）ではなく全波長放射光度に比例することを提唱し、バーリー質量推定器における標準的仮定に挑戦する。アスキ・エイツォら（2011）の12個のレンズ効果を示す高赤方偏移クェーサーのサンプルを用い、H$\beta$、H$\alpha$、C IVなどの異なる発光線からの質量推定値を比較することで、全波長放射光度補正が施されない限り、$\lambda L_\lambda$プロキシによる質量比に系統的偏差が生じることが示された。これは、AGNの色の変動を無視するため、$\lambda L_\lambda$が不適切なプロキシであることを明らかにする。

ABSTRACT

The masses of supermassive black holes in active galactic nuclei (AGN) can be derived spectroscopically via virial mass estimators based on selected broad optical/ultraviolet emission lines. These estimates commonly use the line width as a proxy for the gas speed and the monochromatic continuum luminosity as a proxy for the radius of the broad line region. However, if the size of the broad line region scales with bolometric rather than monochromatic AGN luminosity, mass estimates based on different emission lines will show a systematic discrepancy which is a function of the color of the AGN continuum. This has actually been observed in mass estimates based on H-alpha / H-beta and C IV lines, indicating that AGN broad line regions indeed scale with bolometric luminosity. Given that this effect seems to have been overlooked as yet, currently used single-epoch mass estimates are likely to be biased.

研究の動機と目的

• AGNにおける幅広い線領域の半径が、単色光度（$\\lambda L_\\lambda$）ではなく全波長放射光度に比例するかどうかをテストすること。これは、バーリー質量推定器における長年の仮定に挑戦するものである。
• 全波長放射光度補正を無視する$\lambda L_\lambda$を幅広い線領域半径のプロキシとして用いることによって生じる、ブラックホール質量推定値の系統的バイアスを解消すること。これは、AGN連続スペクトル色の変動を無視するためである。
• 異なる発光線（例：H$\\beta$、C IV）からの質量推定値のクロス比較により、全波長放射光度補正が施されない限り、系統的差異が生じることを示すこと。
• 質量推定器関係の観察された散らばりがランダムではなく、特定の隠れたパラメータ、特にAGNのスペクトルエネルギー分布および全波長放射光度補正によって駆動されていることを示すこと。
• 大規模なAGNサーベイにおける系統的バイアスを低減するため、バーリー質量推定において個別源に特化した全波長放射光度補正を推奨すること。

提案手法

• アスキ・エイツォら（2011）の12個のレンズ効果を示す高赤方偏移クェーサーから得られた、H$\\beta$、H$\\alpha$、C IVなどの異なる発光線からのバーリー質量推定値をクロス比較する。
• 全波長放射光度$L$を用いたバーリー質量推定式$M = \kappa v^2 L^\alpha$（$\alpha \approx 0.5$）を適用し、異なる発光線間での一貫性をテストする。
• $\lambda L_\lambda$をプロキシとして用いる場合の理論的質量比$M'_a/M'_b = \xi_{ab} (L_a/L_b)^\alpha$を導出し、$\xi_{ab}$は色の効果を表す。
• 異なる発光線からの観測質量比を、一貫した$M$値を仮定した理論的期待値と比較し、$\xi_{ab}$が適切に補正されない限り、偏差が生じることを明らかにする。
• 質量比のアンサンブル平均$\langle M'_a/M'_b \rangle$を用いて、$\xi_{ab} = \langle (L_a/L_b)^\alpha \rangle^{-1}$を推定し、$\lambda L_\lambda$だけでは全光度依存性を完全に説明できないことを示す。
• AGNの変動性と全波長放射光度補正が質量推定器の一貫性に与える影響を分析し、変動性は誤差を増加させるが系統的バイアスを生じさせないという結論に至る。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AGNにおける幅広い線領域の半径は、全波長放射光度に比例するのか、それとも単色光度（$\lambda L_\lambda$）に比例するのか？
• RQ2 標準的な$\lambda L_\lambda$に基づく推定器を用いる場合、なぜH$\beta$とC IVなどの異なる発光線からの質量推定値が系統的に異なるのか？
• RQ3 AGN連続スペクトル色が、$\lambda L_\lambda$に基づくバーリー質量推定器に系統的バイアスをもたらす程度はどの程度か？
• RQ4 異なる発光線からの質量推定器のクロス比較で観測された散らばりは、全波長放射光度補正およびスペクトルエネルギー分布の変動によって説明可能か？
• RQ5 質量推定器が個別源に特化した全波長放射光度を補正しない場合、大規模なAGNサーベイにどのような影響が生じるか？

主な発見

• 幅広い線領域の半径は、単色光度$\lambda L_\lambda$ではなく全波長放射光度に比例する。これは、異なる発光線からの質量推定値に系統的偏差が生じることで裏付けられる。
• $\lambda L_\lambda$をプロキシとして用いる場合、C IVとバルマー線（H$\alpha$、H$\beta$）からの質量推定値は、全波長放射光度補正が施されない限り、最大で4倍の差異を示す。
• 異なる発光線からの質量比は、光度比と色要因$\xi_{ab}$に依存し、バイアスを回避するためには個別源ごとに$\xi_{ab}$を補正する必要がある。
• アンサンブル平均の質量比$\langle M'_a/M'_b \rangle = 1$は、$\xi_{ab}$が適切に補正された場合にのみ成立する。これは、個別源に特化した全波長放射光度補正の必要性を裏付ける。
• AGNの変動性は系統的傾向を生じさせないが、測定誤差を増加させる。光度の変動が最大で5倍程度であっても、通常の0.3 dexの質量推定誤差の範囲内に収まる。
• バルドウィの効果および幅広い線領域内のイオン化構造は、全波長放射光度に比例する物理的妥当性を支持しており、高イオン化線は中心源に近い位置で形成されることを示唆する。