[論文レビュー] Spectral optical monitoring of 3C 390.3 in 1995-2007: II. Variability of the spectral line parameters

Luka Č. Popović, A. I. Shapovalova+7 more|arXiv (Cornell University)|Jan 25, 2011

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 37被引用数 22

ひとこと要約

本研究は、1995年から2007年までの間、3C 390.3の広帯域発光線における長期的光学スペクトル変動を分析し、二重ピークを持つHαおよびHβプロファイルが、可変な内半径・外半径を有するディスク型広帯域発光領域（BLR）によって最もよく説明されることを明らかにした。バルマー減衰は速度および周期に依存し、発光領域のサイズやイオン化構造の違いを示しており、ライン中心部には追加の発光が寄与している可能性がある。これは、流入・流出を含む複雑な力学的挙動を示唆している。

ABSTRACT

A study of the variability of the broad emission-line parameters of 3C390.3, an active galaxy with the double-peaked emission-line profiles, is presented. We give a detail analysis of variation in the broad Ha and Hb profiles, the ratios, and the Balmer decrement of different line segments. Studying the variability of the line profiles we explore the disk structure, that is assumed to emit the broad double-peaked Ha and Hb emission lines. We divided the observed spectra in two periods (before and after the outburst in 2002) and analyzed separately the variation in these two periods. First we analyzed the spectral emission-line profiles of Ha and Hb, measuring the peak positions. Then, we divided lines into several segments, and we measured the line-segment fluxes. The Balmer decrement variation for total Ha and Hb fluxes, as well as for the line segments has been investigated and discussed. We modeled the line parameters variation using an accretion disk model. We compared the variability in the observed line parameters with the disk model predictions and found that the variation in line profiles and in line segments corresponds to the emission of a disk-like BLR. But, also there is probably one additional emission component that contributes to the Ha and Hb line center. We found that the variation in the line profiles is caused by the variation in the parameters of the disk-like BLR, first of all in the inner (outer) radius which can well explain the line parameter variations in the Period I. The Balmer decrement across the line profile has a bell-like shape, and it is affected not only by physical processes in the disk, but also by different emitting disk dimension of the Ha and Hb line. The geometry of the BLR of 3C390.3 seems to be very complex, and inflows/outflows might be present, but it is evident that the broad line region with disk-like geometry has dominant emission.

研究の動機と目的

• 放射電波が強いクェーサー3C 390.3における広帯域HαおよびHβ発光線プロファイルの長期的変動を調査すること。
• 観測された二重ピーク型線プロファイルがディスク型広帯域発光領域（BLR）に起因するかどうかを特定し、ディスク内の物理的変化の影響を評価すること。
• 線プロファイル全域におけるバルマー減衰の挙動を調べ、速度および連続スペクトルの放射度に依存するかを評価すること。
• ディスクモデルを超える追加の発光成分が線プロファイルに寄与している可能性を特定すること。
• 観測された線パラメータの変動を、降着ディスクモデルの予測と比較し、ディスクの幾何学的構造および力学的挙動を推定すること。

提案手法

• 13年間のモニタリングデータを、2002年の噴出の前後で二つの期間に分ける：期間I（1995–2002年）と期間II（2003–2007年）。
• HαおよびHβ線のピーク位置と輝度を測定し、各線を複数の速度領域に分割して詳細な分析を実施。
• 連続スペクトルの放射度に応じて、全線輝度および個々の線セグメントにおけるバルマー減衰（f(Hα)/f(Hβ)）を計算。
• 可変な内半径および外半径を有する降着ディスクモデルを用いて、観測された線プロファイルおよびバルマー減衰の変動をモデル化。
• 連続スペクトルと線輝度の変動の遅れを特定するため、相互相関技術（ICCFおよびZCCF）を用いる。
• 観測された線パラメータおよびバルマー減衰の変動を、モデルの予測と比較し、ディスク構造および非ディスク成分の可能性を推定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3C 390.3のHαおよびHβ広帯域発光線プロファイルは、13年間の光学モニタリング期間中にどのように変化するか？
• RQ2 観測された線プロファイルの変動は、ディスク型広帯域発光領域の幾何学的変化によってどの程度説明可能か？
• RQ3 2002年の噴出前後でバルマー減衰の挙動に差が生じる主な原因は何か？
• RQ4 ディスク型BLRを越えて追加の発光成分が存在する証拠はあるか。もしあるなら、その成分は速度空間でどこに位置するか？
• RQ5 ディスク型BLRの内半径および外半径の変動が、観測された線輝度およびプロファイル形状にどのように影響するか？

主な発見

• HαおよびHβ線プロファイルは、常に二重ピーク構造を示し、青側ピークが支配的であるため、ディスク型BLRの幾何学的構造が示唆される。
• 期間I（1995–2002年）における線プロファイルの変動は、主にディスク型BLRの内半径および外半径の変化に起因し、特に外縁部のプロファイルに顕著に影響を及ぼす。
• 期間Iにおけるバルマー減衰（BD）は、連続スペクトルの放射度が増加するにつれて減少し、可変なイオン化度または光学的厚さの効果を示唆するが、期間IIではほぼ一定（約4.5）を維持する。
• BDプロファイルは、約±6000 km s⁻¹付近に二つの速度依存のピークを持ち、速度ゼロ付近に中央の最小値を示すが、この最小値は±2000 km s⁻¹にシフトする。これは、ディスクモデルでは完全に説明できない非対称な発光を示している。
• モデル化により、ベル型のBD-速度プロファイルは、Hα発光領域がHβ発光領域よりも大きい場合に再現可能であることが示され、両線の発光領域が空間的に異なる広がりを示している可能性がある。
• 線プロファイルに中央ピークが存在し、期間IとIIにおける線セグメントの連続スペクトルへの応答が異なることから、支配的なディスク発光に加え、流入・流出またはディスクの不規則性に起因する追加の発光成分が存在する可能性が示唆される。