[論文レビュー] An Improved Black Hole Mass - Bulge Luminosity Relationship for AGNs

C. M. Gaskell, John Kormendy|ArXiv.org|Jul 9, 2009

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、赤方偏移に依存するファイバー開口部効果と、銀河の明るさに依存するホスト光度分率という2つの観測バイアスを補正することで、AGNにおけるブラックホール質量–バルジ明るさ関係を改善した。補正後、$M_{\bullet}$–$L_{\text{host}}$ 関係の散らばりは $\pm0.23$ デキシタルに減少し、非活動銀河よりもきめ細やかになった。また、$L_{\text{host}}/L_{\text{AGN}}$–$L/L_{\text{Edd}}$ 関係が明確に確立され、ホストの混入を正確に推定可能となり、低吸収率のAGNがホスト混入を補正した上でより高い固有の変動性を示すことが明らかになった。

ABSTRACT

Two effects have substantially increased the scatter in the AGN black hole mass - host galaxy bulge luminosity relationship derived from SDSS spectra. The first is that at a fixed black hole mass, the SDSS spectrum depends strongly on redshift because an SDSS fiber sees a larger fraction of the total light of more distant galaxies. The second is that at a given redshift, the fraction of host-galaxy light in the fiber increases with decreasing galaxy luminosity. We illustrate the latter effect using the Kormendy et al. (2009) light profiles of Virgo ellipticals. With allowance for the two effects, we obtain a black hole mass - bulge luminosity relationship for AGNs which has a scatter of only +/- 0.23 dex in mass. This is less than the scatter found for inactive galaxies, and is consistent with the measuring errors. We show that there is a correspondingly tight linear relationship between the fraction of host galaxy light in AGN spectra and the Eddington ratio. This linearity implies that at a given black hole mass, the host luminosities of high-accretion-rate AGNs (NLS1s) and low-accretion-rate AGNs are similar. The relationship between the fraction of host galaxy light and the Eddington ratio provides a simple means of estimating the fraction of host galaxy light in AGN spectra. This means that the real amplitude of variability of low-accretion-rate AGNs is increased relative to NLS1s.

研究の動機と目的

• SDSSスペクトルから導かれたAGNのブラックホール質量–バルジ明るさ関係における大きな散らばりを解消すること。
• SDSSファイバー内での観測バイアスとしての2つの主要要因、すなわち赤方偏移に依存するファイバー開口部効果と、銀河明るさに依存するホスト光度分率を補正すること。
• これらのバイアスを考慮することで、AGNのよりきめ細やかで正確な $M_{\bullet}$–$L_{\text{host}}$ 関係を導出すること。
• AGNスペクトルにおけるホスト混入を推定するための信頼性のある $L_{\text{host}}/L_{\text{AGN}}$–$L/L_{\text{Edd}}$ 関係を確立すること。
• ホスト銀河光の混入を補正した上で、低吸収率AGNにおける光学的変動の真の振幅を推定すること。

提案手法

• Kormendyら（2009）のバーヴォ銀河楕円体の光度分布を用い、固定されたSDSSファイバー開口部で捉えられるホスト銀河光の割合を銀河明るさの関数としてモデル化した。
• 観測された $\Delta\log L_{\text{host}}$ と赤方偏移の傾向に基づき、赤方偏移に応じたホストバルジ明るさの不足を補正するための補正を適用した。
• 散らばりを最小限に抑えるために、狭い赤方偏移範囲および質量範囲で、打ち切り付きのOLS二等分法フィットを用いて $L_{\text{host}}/L_{\text{AGN}}$–$L/L_{\text{Edd}}$ 関係を決定した。
• バーヴォ銀河の開口部-明るさ関係から導出した補正を用いて、SDSS AGNサンプルの $L_{\text{host}}$ 値を補正した。
• 補正済みの $M_{\bullet}$–$L_{\text{host}}$ 関係を、べき乗則モデル $M_{\bullet} \propto L_{\text{host}}^{\alpha}$ を用いてフィットし、改善された勾配と散らばりを特定した。
• 補正済みの $M_{\bullet}$–$L_{\text{host}}$ 関係と補正なしのものを比較することで、散らばりおよび勾配の改善を定量的に評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤方偏移および銀河明るさは、AGNのSDSSファイバー分光における測定されたホスト銀河光度分率にどのように影響するか？
• RQ2 開口部および赤方偏移効果は、AGNの $M_{\bullet}$–$L_{\text{host}}$ 関係における観測された散らばりにどの程度寄与しているか？
• RQ3 測定誤差の水準にまで散らばりを低減できる補正済みの $M_{\bullet}$–$L_{\text{host}}$ 関係を導出できるか？
• RQ4 AGN全体にわたって、$L_{\text{host}}/L_{\text{AGN}}$ とEddington比 $L/L_{\text{Edd}}$ の間に一貫した線形関係が存在するか？
• RQ5 ホスト銀河光の混入を補正した上で、低吸収率AGNにおける光学的変動の真の振幅はどの程度か？

主な発見

• 開口部および赤方偏移効果を補正した後、AGNの $M_{\bullet}$–$L_{\text{host}}$ 関係における散らばりは $\pm0.23$ デキシタルに減少し、非活動銀河の $\pm0.30$ デキシタルよりもきめ細やかになった。
• 補正済みの $M_{\bullet}$–$L_{\text{host}}$ 関係の勾配は $\alpha = 0.84 \pm 0.03$ であり、補正なしの $\alpha = 0.69 \pm 0.02$ よりも顕著に急である。
• $L_{\text{host}}/L_{\text{AGN}}$ と $L/L_{\text{Edd}}$ の間にきめ細やかな線形関係が確認され、勾配は $0.99 \pm 0.11$ であった。これは、同じ $M_{\bullet}$ に対して高・低吸収率AGNのホスト明るさが類似していることを示している。
• $L_{\text{host}}/L_{\text{AGN}}$–$L/L_{\text{Edd}}$ 関係は、AGNスペクトルにおけるホスト混入を推定する簡単な手法を提供する。
• ホスト光度の混入を補正した上で、低吸収率AGNはNLS1よりも高い固有の光学的変動振幅を示す。これは、そのスペクトルに高いホスト分率が含まれるためである。
• 補正済みの $M_{\bullet}$–$L_{\text{host}}$ 関係の小さな散らばりは、Dibai法によるブラックホール質量の信頼性を支持しており、AGN間でBLR構造およびSEDの類似性が極めて高いことを示唆している。