[論文レビュー] Multi-wavelength study of the gravitational lens system RXS J1131-1231: III. Long slit spectroscopy: micro-lensing probes the QSO structure

Dominique Sluse, Jean-François Claeskens+2 more|ArXiv.org|Mar 1, 2007

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 44被引用数 49

ひとこと要約

本研究では、重力レンズ効果を受けるクェザーRXS J1131-1231の長幅スペクトロスコピーを用いて、微小レンズ効果を通じてその幅広い線領域（BLR）および発光線領域の構造を調査した。レンズ効果を受ける像の間で微小な増幅の違いを分析した結果、Mg II 発光線の非常に広い成分は、約1000シュバルツシルト半径のコンパクトな領域に起因していることが判明した。一方、Fe II 発光は主に外側のBLRに由来しており、4630–4800 Åの波長域にコンパクトな成分が存在する。[O III] 窒素線領域は空間的に分解可能であり、最小で約110h⁻¹ pcの大きさを有することが示唆された。

ABSTRACT

(ABRIDGED) Aims: We discuss and characterize micro-lensing among the 3 brightest lensed images (A-B-C) of the gravitational lens system RXS J1131-1231 (a quadruply imaged AGN) by means of long slit optical and NIR spectroscopy. Qualitative constraints on the size of different emission regions are derived. Methods: We decompose the spectra into their individual emission components using a multi-component fitting approach. A complementary decomposition of the spectra enables us to isolate the macro-lensed fraction of the spectra independently of any spectral modelling. Results: -1. The data support micro-lensing de-amplification of images A and C. Not only is the continuum emission microlensed in those images but also a fraction of the Broad Line emitting Region (BLR).-2. Micro-lensing of a very broad component of MgII emission line suggests that the corresponding emission occurs in a region more compact than the other components of the emission line. -3. We find evidence that a large fraction of the FeII emission arises in the outer parts of the BLR. We also find very compact emitting region in the ranges 3080-3540 A and 4630-4800 A that is likely associated with FeII. -4. The OIII narrow emission line regions are partly spatially resolved. This enables us to put a lower limit of 110h^{-1} pc on their intrinsic size. -5. Analysis of MgII absorption found in the spectra indicates that the absorbing medium is intrinsic to the quasar, has a covering factor of 20%, and is constituted of small clouds homogeneously distributed in front of the continuum and BLRs. -6. Two neighbour galaxies are detected at redshifts z=0.10 and z=0.289. These galaxies are possible members of galaxy groups reported at those redshifts.

研究の動機と目的

• 微小レンズ効果を用いて、レンズ効果を受けるクェザーRXS J1131-1231の幅広い線領域（BLR）および発光線領域の空間的構造を調査すること。
• レンズ効果を受ける像の間で微小レンズ効果の違いを分析することにより、Mg II、Fe II、バルマー線、[O III] などの異なる発光成分のサイズと運動学的性質を特定すること。
• 微小レンズ効果の挙動を解析することで、クェザー内に存在する固有の吸収体の幾何学的配置と覆い率を制約すること。
• 微小レンズ効果に起因するフラックス変動を通じて、狭い発光線領域（NLR）の空間的広がりを評価すること。
• Fe II 発光の起源を、そのスペクトル成分ごとの微小レンズシグネチャを比較することによって特定すること。

提案手法

• 光学および近赤外帯域で長幅スペクトロスコピーを取得し、静止系で2400–6900 Åの波長域をカバーすることで、レンズ効果を受ける像のスペクトル成分を分解した。
• 連続スペクトル、幅広い発光線（例：Hβ、Mg II）、Fe IIの混合成分、および狭い線（例：[O III]、[Ne V]）を分解するための多成分スペクトルフィッティングを適用した。
• マクロレンズ効果成分をスペクトルモデリングとは独立して分離することで、微小レンズ効果の影響を明確に分離可能とした。
• 像A、B、Cの3つの明るい像の間で発光線および連続スペクトルのフラックス比を比較することで、微小レンズシグネチャを特定した。像Dは基準として用いた。
• 発光領域のサイズは、微小レンズ効果の差の程度から推定された。よりコンパクトな領域は、より顕著な増幅差を示す。
• Mg II 吸収二重線の微小レンズ効果の違いを用いて、吸収雲の覆い率および空間的分布を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Mg II 幅広発光線領域の空間的広がりはどの程度か？ また、その非常に広い成分はコンパクトな領域に由来するか？
• RQ2 Fe II 発光は主にBLRの内側か外側で生成されるか？
• RQ3 微小レンズ効果により[O III] 狭い発光線領域の空間的構造が解像可能か？ その最小固有サイズはどの程度か？
• RQ4 クェザー内の吸収媒体は固有のものか？ また、BLRおよび連続スペクトル源全体に均一に分布しているか？
• RQ5 幅広い発光線成分（例：バルマー線対Mg II）は、同じ運動学的構造から生じるか？

主な発見

• Mg II 発光線の非常に広い成分は、像AおよびCで微小レンズ効果を受けており、これは約1000シュバルツシルト半径のコンパクトな領域から起因していることを示している。
• Fe II 発光の大部分はBLRの外側部分に由来しており、一方、4630–4800 Åの波長域にコンパクトなFe II成分が特定された。
• 3080–3540 Åの範囲で微小レンズ効果を示す疑似連続スペクトル発光は、Fe II 発光に関連している可能性が高く、この成分のコンパクトな起源を示唆している。
• [O III] λλ4959,5007 狭い発光線領域は空間的に分解可能であり、その固有サイズに下限として約110h⁻¹ pcが与えられた。
• Mg II 吸収二重線はクェザーに固有のものであり、覆い率は約20%であり、均一な微小レンズ効果応答から、吸収雲の空間的分布および光学的厚さが一様であることが示された。
• BLRの微小レンズ効果の差の解析により、発光領域のサイズが発光線成分の全波幅半値（FWHM）と反比例することを確認した。