[論文レビュー] Estimating black hole masses: Reverberation Mapping versus Accretion Disk Fitting

Samuele Campitiello, A. Celotti+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 1, 2019

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

ひとこと要約

本研究では、55個のタイプ1 AGNにおいて、リバーブレーションマッピングと相対論的降着円盤フィッティング（KERRBBモデル）によるブラックホール質量推定値を比較した。ブラックホールスピン ≤ 0.9982 および視線角 ≤ 45° の条件下では、誤差範囲内で一貫した質量測定が得られ、円盤フィッティングによる典型的な不確実性は約0.45 dexであり、リバーブレーションマッピングと同等であり、平均幾何的要因 ⟨log f⟩ = 0.63 ± 0.49 であった。

ABSTRACT

We selected a sample of 55 Type 1 Active Galactic Nuclei with a black hole mass estimate inferred using the Reverberation Mapping technique and a clear evidence of the Big Blue Bump in the optical-UV band whose emission is produced by an accretion disk around a supermassive black hole. We fitted the spectrum of these sources with the relativistic thin accretion disk model KERRBB in order to infer the observed disk luminosity, the black hole mass and the Eddington ratio. The comparison between the masses inferred with the two methods led to the following results: 1] the two estimates are compatible within the uncertainties, assuming a black hole with a spin in the range $0 \leq a \leq 0.9982$ and a viewing angle of the system $\leq 45$° ; 2] the overall uncertainty on the black hole mass estimated through the disk fitting procedure is $\sim 0.45$ dex (which includes the uncertainty on the fitting parameters as the black hole spin and the viewing angle), comparable to the systematic uncertainty of Reverberation Mapping: however, such an uncertainty can be equal or smaller than $\sim 2$ if one of the parameters of the fit is well constrained; 3] although measurements are affected by large uncertainties, the comparison between the black hole masses inferred using the two method led to a mean (logarithmic) value of the geometrical factor $\langle { m Log} f angle = 0.63 \pm 0.49$ (at 1$\sigma$), consistent with previous estimates.

研究の動機と目的

• 明確なビッグブルーバンプ発光を示す55個のタイプ1 AGNのサンプルにおいて、リバーブレーションマッピングと降着円盤フィッティングによるブラックホール質量推定値を比較すること。
• ブラックホールスピンおよび視線角に関する異なる仮定の下で、2つの質量推定手法の整合性を評価すること。
• スピンおよび傾斜角に依存する要因を含め、円盤フィッティングによるブラックホール質量推定値の不確実性を定量化すること。
• 観測された円盤放射度と内在的放射度の差を補正するための幾何的要因 f を、円盤フィッティング手法を用いて特定すること。

提案手法

• 確認されたリバーブレーションマッピング質量推定値と光学・紫外域に明確なビッグブルーバンプを示す55個のタイプ1 AGNのサンプルを選定した。
• 観測スペクトルを相対論的薄降着円盤モデル KERRBB でフィッティングし、観測された円盤放射度、ブラックホール質量、および Eddington 細率を導出した。
• ブラックホールスピンパラメータ a を 0 ≤ a ≤ 0.9982 の範囲および視線角を 45° まで変化させ、それらが質量推定値に与える影響を評価した。
• KERRBB から得られたブラックホール質量とリバーブレーションマッピングによる質量を比較し、整合性を評価するとともに、幾何的要因 f を推定した。
• スピンおよび傾斜角を含むフィッティングパラメータの不確実性を誤差伝搬法で取り入れ、円盤フィッティングによる質量推定値の不確実性を定量化した。
• 2つの手法間の質量比分布から、平均対数幾何的要因 ⟨log f⟩ を計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 55個のタイプ1 AGNのサンプルにおいて、リバーブレーションマッピングと降着円盤フィッティング（KERRBB）によるブラックホール質量推定値は、測定誤差範囲内で一貫しているか？
• RQ2 ブラックホールスピンおよび視線角の不確実性が、降着円盤フィッティングによる質量推定値にどのように影響するか？
• RQ3 観測放射度と内在的放射度の比を補正するための幾何的要因 f の平均値は何か、2つの手法の比較から推定されるか？
• RQ4 良好に制約された条件下では、円盤フィッティングによるブラックホール質量の不確実性が、リバーブレーションマッピングと同等またはそれより良い水準まで低下するか？
• RQ5 どの範囲のブラックホールスピンおよび視線角において、2つの質量推定手法の間で整合性が得られるか？

主な発見

• ブラックホールスピンが 0 ≤ a ≤ 0.9982 で、視線角が ≤ 45° の範囲で、リバーブレーションマッピングと KERRBB 円盤フィッティングによるブラックホール質量推定値は、誤差範囲内で一貫している。
• 円盤フィッティングによるブラックホール質量の総合的不確実性は約0.45 dexであり、リバーブレーションマッピング手法の系統的不確実性と同等である。
• ブラックホールスピンまたは視線角のいずれかが良好に制約されている場合には、円盤フィッティングによる質量推定値の不確実性を約2（すなわち、対数スケールで0.3 dex）まで低減できることが示され、精度向上の可能性を示している。
• 平均対数幾何的要因 ⟨log f⟩ は 1σ 範囲で 0.63 ± 0.49 と測定され、従来の推定値と整合しており、ビーム効果や観測視角の影響により、観測放射度が内在的放射度よりも通常は低いことを示している。
• 個々の測定値における大きな不確実性にもかかわらず、2つの手法間の統計的整合性は強く保たれており、適切な仮定のもとで両手法の信頼性が裏付けられている。
• 本研究の結果は、リバーブレーションデータが入手できない場合に、降着円盤フィッティングをブラックホール質量推定の代替手法として有効に利用できることを裏付けている。