[論文レビュー] NGC 5548: The AGN Energy Budget Problem and the Geometry of the Broad-Line Region and Torus

C. M. Gaskell, E. S. Klimek+1 more|ArXiv.org|Nov 7, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用数 34

ひとこと要約

本論文は、非球形で平板な広線領域（BLR）の幾何構造を提案することで、NGC 5548におけるAGNエネルギー予算問題を解決する。この構造により、タウラスが直接のイオン化放射線から遮蔽され、覆いの率が約40%であるにもかかわらず観測された線の等価幅が大きく、光子イオン化モデルと整合し、ほこりのリバーブバレーション遅れが短縮される。

ABSTRACT

We consider in detail the spectral energy distribution (SED) and multi-wavelength variability of NGC5548. Comparison with the SEDs of other AGNs implies that the internal reddening of NGC5548 is E(B-V) = 0.17 mag. The extinction curve is consistent with the mean curve of other AGNs found by Gaskell & Benker, but inconsistent with an SMC-type reddening curve. Because most IR emission originates exterior to the broad-line region (BLR), the SED seen by the inner BLR is different from that seen by the outer BLR and from the earth. The most likely BLR covering factor is ~ 40% and it is not possible to get an overall BLR covering factor of less than 20%. This requires that the BLR is not spherically symmetric and that we are viewing through a hole. Line-continuum variability transfer functions are consistent with this geometry. The covering factor and geometry imply that near the equatorial plane the BLR covering approaches 100%. The spectrum seen by the outer regions of the BLR and by the torus is thus modified by the absorption in the inner BLR. This shielding solves the problem of observed BLR ionization stratification being much greater than implied by photoionization models. The BLR obscuration also removes the problem of the torus covering factor being greater than the BLR covering factor, and gives consistency with the observed fraction of obscured AGNs. The flux reduction at the torus also reduces the problem of AGN dust-reverberation lags giving sizes smaller than the dust-sublimation radii.

研究の動機と目的

• 観測されたイオン化放射度が発光線の強度を説明するのに不十分であるという、長年のAGNエネルギー予算問題に対処すること。
• NGC 5548においてライマン限界吸収が観測されないにもかかわらず、高い光子イオン化覆い率が一致することを説明すること。
• AGNにおけるほこりのリバーブバレーション遅れとサブリマーション半径の不一致を説明すること。
• 多波長変動およびSED解析を用いて、BLRおよびタウラスの幾何構造を調査すること。
• NGC 5548を代表例として用い、他のAGNへ一般化すること。

提案手法

• 1993年のHST、RXTE、地上望遠鏡によるNGC 5548の同時多波長光度曲線および転送関数を分析した。
• E(B-V) = 0.17 mag を用い、銀河および内部の赤化補正を施したスペクトルエネルギー分布（SED）を修正した。
• 線分光-連続分光変動の転送関数を用いて、BLRの幾何構造および雲の半径分布を推定した。
• BLRによる遮蔽効果がタウラスが受ける連続スペクトルに与える影響をモデル化し、有効な放射度を低下させ、ほこりが核に近い位置で生存可能になるようにした。
• 観測された発光線強度およびイオン化段階と整合させるために、覆い率が約40%の光子イオン化モデルを用いた。
• リバーブバレーション遅れを用いてほこりのサブリマーション半径を評価し、BLRによる吸収に起因する入射放射度の低下を補正した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜNGC 5548における観測されたイオン化放射度は、観測された発光線の等価幅を説明するのに不十分であり、光子イオン化モデルとどのように整合させられるか？
• RQ2 高いBLR覆い率（約40%）が、視線方向にライマン限界吸収がないこととどのように整合するか？
• RQ3 NGC 5548で観測されたイオン化依存の変動遅れを説明するBLRの幾何構造は何か？
• RQ4 BLRによる吸収は、観測されたほこりのリバーブバレーション遅れおよび推定されたほこりのサブリマーション半径にどのように影響するか？
• RQ5 なぜタウラスの覆い率がBLRの覆い率より小さくないのか？BLR遮蔽はこの問題をどのように解決するか？

主な発見

• E(B-V) = 0.17 mag で補正されたNGC 5548の固有SEDは、BLRの覆い率が約40%である光子イオン化モデルを支持する。
• BLRは球対称ではない。赤道面における覆い率が100%に近い平板構造を有し、タウラスの遮蔽を可能としている。
• BLRによる遮蔽は、BLR内の強いイオン化段階を説明し、観測された線比と標準的光子イオン化モデルとの不一致を解消する。
• タウラスに当たる放射度が低下することで、核からの距離約120光日でほこりの粒子が生存可能となり、観測されたほこりのリバーブバレーション遅れと整合する。
• BLR吸収を考慮に入れると、タウラスの覆い率がBLRの覆い率よりもわずかに大きくなるため、長年の矛盾が解消される。
• 本モデルは他のAGNへ一般化可能であり、NGC 5548のSEDおよび変動特性は、広い意味でのAGN集団を代表している。