[論文レビュー] Long-term variability of the optical spectra of NGC 4151: I. Light curves and flux correlations

A. I. Shapovalova, Luka Č. Popović+14 more|ArXiv.org|Apr 6, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 31被引用数 31

ひとこと要約

1996–2006年の11年間にわたるスペクトロスコピックモニタリングにより、NGC 4151では連続スペクトルおよび発光線の変動が強く、輝度変化が最大6倍に達した。本研究では、ブロードライン領域（BLR）の挙動に三つの明確な期間を特定し、2002–2006年のHαおよびHβの時間遅れがそれぞれ0.81⁺¹.⁵⁵₋₀.⁸₁日および0.81⁺².¹⁹₋₀.⁸₁日であり、連続スペクトルと強い相関を示すため、BLRサイズの推定値として最も信頼できることが判明した。これは、恒久的な小さな成分と変動性の大きな成分を併せ持つ複雑で時間的に変化するBLR構造を示唆している。

ABSTRACT

Results of a long-term spectral monitoring of the active galactic nucleus of NGC 4151 are presented (11 years, from 1996 to 2006). High quality spectra (S/N>50 in the continuum near Halpha and Hbeta) were obtained in the spectral range ~4000 to 7500 Å, with a resolution between 5 and 15 A, using the 6-m and the 1-m SAO's telescopes (Russia), the GHAO's 2.1-m telescope (Cananea, Mexico), and the OAN-SPM's 2.1-m telescope (San-Pedro, Mexico). The observed fluxes of the Halpha, Hbeta, Hgamma and HeII emission lines and of the continuum at the observed wavelength 5117 A, were corrected for the position angle, the seeing and the aperture effects. We found that the continuum and line fluxes varied strongly (up to a factor 6) during the monitoring period. The emission was maximum in 1996-1998, and there were two minima, in 2001 and in 2005. The Halpha, Hgamma and He II fluxes were well correlated with the Hbeta flux. We considered three characteristic periods during which the Hbeta and Halpha profiles were similar: 1996-1999, 2000-2001 and 2002-2006. The line to continuum flux ratios were different; in particular during the first period, the lines were not correlated with the continuum and saturated at high fluxes. In the second and third period, where the continuum flux was small, the Halpha and Hbeta fluxes were well correlated to the continuum flux, meaning that the ionizing continuum was a good extrapolation of the optical continuum. The CCFs are often asymmetrical and the time lags between the lines and the continuum are badly defined indicating the presence of a complex BLR, with dimensions from 1 to 50 light-days.

研究の動機と目的

• 1996–2006年の11年間にわたる、NGC 4151の活動銀河核（AGN）における光学的連続スペクトルおよび発光線の長期的変動を調査すること。
• 連続スペクトルとブロード発光線の変動の時間遅れを特定することで、ブロードライン領域（BLR）のサイズおよび構造を推定すること。
• ラインプロファイルの形状や輝度比（例：青・赤のウェッジ）が時間経過とともにどのように変化し、連続スペクトルの輝度と相関するかを検討すること。
• 活動状態の変化に伴う時間遅れ測定の信頼性を評価し、ラインと連続スペクトルの相関が最も強い時期を特定すること。
• ラインプロファイルや輝度比の変化に基づいて、BLR構造が安定しているのか、それとも動的に変化しているのかを検討すること。

提案手法

• ロシアのSAOの6mおよび1m望遠鏡、およびメキシコのGHAOおよびOAN-SPMの2.1m望遠鏡を用いて、4000–7500 Åの高SN比（S/N > 50）の光学スペクトルを取得した。
• 位置角、視直径、開口部の影響を補正することで、観測エポック間での一貫性のある輝度測定を確保した。
• 連続スペクトル（5117 Å）と発光線（Hα、Hβ、Hγ、HeII λ4686）の間の時間遅れを測定するために、相互相関関数（CCF）解析を適用した。
• モニタリング期間を三つの期間（1996–1999年、2000–2001年、2002–2006年）に分け、それぞれの期間における時間遅れおよび相関行動を別々に分析した。
• ラインのウェッジとコアの輝度比を用いた輝度比解析により、時間経過に伴うラインプロファイルの非対称性および運動論的変化を追跡した。
• 活動状態ごとのライン対連続スペクトル輝度比を比較し、純粋な光電離モデルからのずれを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 4151における光学的連続スペクトルおよびブロード発光線（Hα、Hβ、Hγ、HeII λ4686）の輝度は、1996–2006年の11年間にわたりどのように変化するか？
• RQ2 連続スペクトルと発光線の変動の間の時間遅れは何か？ また、活動状態によってその遅れはどのように変化するか？
• RQ3 ラインプロファイルの形状（例：青・赤の非対称性、ウェッジ/コア輝度比）は時間経過とともにどのように変化し、BLRの運動論的性質を何を示唆するか？
• RQ4 どのような条件下でライン輝度が連続スペクトルと強く相関するか？ また、飽和や分離が生じる状況はいつか？
• RQ5 時間遅れおよび相関行動の変動が、ブロードライン領域の構造およびダイナミクスに何を示唆するか？

主な発見

• 1996–2006年の間、連続スペクトルおよびブロード発光線の輝度は最大6倍まで変動し、最大活動は1996–1998年、最小は2001年および2005年であった。
• Hα、Hγ、HeII λ4686の輝度はHβ輝度と良好に相関しており、共通のイオン化源を示唆しているが、連続スペクトルの輝度が高くなると相関が崩れた。
• 2002–2006年の間、HαおよびHβの輝度は連続スペクトルと強く線形相関を示し、光学的連続スペクトルがイオン化連続スペクトルの良好な代理指標であることを示した。この結果、信頼できる時間遅れが得られた。
• 2002–2006年のHαおよびHβの時間遅れは、それぞれ0.81⁺¹.⁵⁵₋₀.⁸₁日および0.81⁺².¹⁹₋₀.⁸₁日であり、著者らはこれが最も現実的なBLRサイズ推定値であるとみなしている。
• 時間遅れは期間によって顕著に変化しており、第1期および第3期では短い（0–2日）、第2期（2000–2001年）では長い（10–20日）ため、BLRサイズが変化していることが示された。
• 3年間のブンキング解析により、恒久的な小さなBLR成分（0.3–0.7光日）が検出され、安定した内側構造に加え、変動性の大きな成分が存在することを示唆している。