[論文レビュー] Quasar spectral energy distribution in EUV restored from associated absorbers: indications to the HeII opacity of the quasar accretion disk wind

S. A. Levshakov, Agafonova, I. I.+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 6, 2008

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 62被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、高赤方偏移クェเซアの極端紫外線（EUV）スペクトルエネルギー分布（SED）を、関連する幅広い吸収線系（NAL）系における吸収線を用いて再構築し、4 Rydを超えるエネルギーで明確な強度低下が観測されることを明らかにした。これはヘリウムの2価イオン（He ii）リンゲン連続体の吸収率に起因する。結果から、クェーサー降着円盤風の遮蔽ガスがこの吸収率を生じており、He iiの吸収量は約10¹⁸ cm⁻²、H iの吸収量は約5×10¹⁶ cm⁻²であると判明した。このことは、宇宙間媒体におけるHe ii再イオン化に影響を与える。

ABSTRACT

(abridged) Aims. To reconstruct the spectral shape of the quasar ionizing radiation in the extreme-UV range (1Ryd <= E < 10Ryd) from the analysis of narrow absorption lines (NAL) of the associated systems. Methods. Computational technique for inverse spectroscopic problems - Monte Carlo Inversion augmented by procedure of the spectral shape recovering and modified to account for the incomplete coverage of the light source. Results. The ionizing spectra responsible for the ionization structure of the NAL systems require an intensity depression at E > 4Ryd which is attributed to the HeII Lyman continuum opacity (tau^HeII_c ~ 1). A most likely source of this opacity is a quasar accretion disk wind. The corresponding column density of HI in the wind is estimated as a few times 10^16 cm^-2. This amount of neutral hydrogen should cause a weak continuum depression at lamb <= 912A (rest-frame), and a broad and shallow absorption in HI Ly-alpha. If metallicity of the wind is high enough, other resonance lines of OVI, NeVI-NeVIII, etc. are expected. In the analyzed QSO spectra we do observe broad (stretching over 1000s km/s) and shallow (tau << 1) absorption troughs of HI Ly-alpha and OVI 1031,1037A...

研究の動機と目的

• 銀河間および銀河系内吸収による遮断のため、通常は観測不可能な高赤方偏移クェーサーの固有の極端紫外線（EUV）スペクトルエネルギー分布（SED）を再構築すること。
• クェーサー主星系に物理的に関連する関連する幅広い吸収線系（NAL）系におけるイオン化構造を支配するイオン化放射場を特定すること。
• EUV SEDにおけるエネルギーE > 4 Rydで観測された明確な強度の急低下（イオン化連続スペクトルの低下として観測）の原因を解明すること。
• クェーサー降着円盤風がHe iiリンゲン連続体吸収率を生じさせ、宇宙間媒体におけるHe ii再イオン化に与える影響を評価すること。
• 吸収ガス中の元素の組成を正確に導出し、主星系の周辺領域と銀河間領域における窒素対炭素比の違いを比較すること。

提案手法

• 不完全な源カバレッジを考慮するために修正された、スペクトル形状回復を用いたモンテカルロ逆問題解法を適用。
• ハッブル宇宙望遠鏡およびVLTクエンテン望遠鏡の高分解能UVおよびX線スペクトルを用い、2 < z < 3のクェーサーにおける4つの関連NAL系を分析。
• C iv、N v、O vi、H i線の観測された吸収量および光学厚さをフィットすることで、背後にあるイオン化SEDを推定するための光イオン化モデルを用いる。
• 高い精度で覆い方およびイオンの吸収量を推定し、イオン化連続スペクトルの形状を安定して再構築可能にする。
• 4 Rydで断片的な変化があるかの有無を比較するためのパワーロー SED と、断片的変化なしのパワーロー SED を用い、Γ₁/Γ₂（光イオン化率比）を診断指標として用いる。
• フラックスキャリブレートスペクトルを分析し、λ < 912 Å（静止系）における観測された連続スペクトルの低下と比較することで、クェーサー放射のうち何割がHe ii吸収ガスを通過するかを評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河系および銀河間吸収により遮断されているため、通常は観測不可能な高赤方偏移クェーサーの極端紫外線（EUV）波長域（1–10 Ryd）における固有のイオン化放射スペクトル形状は何か？
• RQ2 再構築されたEUV SEDにおけるエネルギーE > 4 Rydで観測された強度低下の背後にある物理的メカニズムは何か？
• RQ3 関連NAL系で観測されたHe iiリンゲン連続体吸収率は、クェーサー降着円盤風に起因すると考えられるか？その場合、推定される吸収量は何か？
• RQ4 風中のHe ii吸収率が、特にz ≈ 3における観測された不均一なHe ii再イオン化に関連して、宇宙間媒体のイオン化状態にどの程度の影響を与えるか？
• RQ5 特にN/C比に関して、クェーサー主星系の周辺ガスと銀河間ガスでは、金属量が同程度の条件下でどのように異なるか？これは金属の蓄積メカニズムにどのような示唆を与えるか？

主な発見

• 4つの高赤方偏移クェーサーの再構築されたEUV SEDは、4 Rydを超えるエネルギーで明確な強度低下を示しており、これはHe iiリンゲン連続体における顕著な吸収率を示している。
• この吸収率を生じさせるために必要なHe ii吸収量は約10¹⁸ cm⁻²であり、クェーサー降着円盤風の存在と整合的である。
• 風中のH i吸収量は約5×10¹⁶ cm⁻²であり、これはλ < 912 Å（静止系）で弱い連続スペクトルの低下と、τ ≪ 1の広く浅いH i ライマン-α吸収（τ ≪ 1）を生じる可能性がある。
• 観測的証拠として、広く浅いH i ライマン-αおよびO vi λλ1031,1037吸収線、およびJ 2233–606およびHE 2347–4243のフラックスキャリブレートスペクトルにおけるλ ≲ 912 Åでの連続スペクトル低下が確認された。
• 少なくとも約50%のクェーサー放射がHe ii吸収ガスを通過しており、これは強度低下の角度依存性が強く、円盤回転軸に近い角度でより深い低下を示すことを示唆している。
• 周辺領域のガスにおけるN/C比は、同様の金属量の銀河間ガスに比べて高くなっており、これは中心部と外縁部の異なる初期質量関数に起因する可能性のある、異なる金属蓄積メカニズムを示唆している。