[論文レビュー] Spectral optical monitoring of 3C390.3 in 1995-2007: I. Light curves and flux variation of the continuum and broad lines

A. I. Shapovalova, Luka Č. Popović+10 more|arXiv (Cornell University)|Mar 10, 2010

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 59被引用数 32

ひとこと要約

本研究は、1995年から2007年までの12年間にわたり、幅広い線を持つ電波銀河3C 390.3の光学的スペクトルモニタリングキャンペーンを提示している。連続スペクトルおよび広帯域Hα/Hβ線の光度曲線、時間遅れ、プロファイルの変化を分析した。連続スペクトルとHβフラックスの間に95日間の遅れが確認され、Hαでは120日間の遅れが観測された。また、ディスクに似たBLR構造に加え、非ディスク成分が存在する証拠が得られ、超大質量ブラックホール付近に複雑で段層的な発光領域があることを支持する。

ABSTRACT

Here we present the results of the long-term (1995-2007) spectral monitoring of the broad line radio galaxy \object{3C~390.3}, a well known AGN with the double peaked broad emission lines, usually assumed to be emitted from an accretion disk. To explore dimensions and structure of the BLR, we analyze the light curves of the broad H$α$ and H$β$ line fluxes and the continuum flux. In order to find changes in the BLR, we analyze the H$α$ and H$β$ line profiles, as well as the change in the line profiles during the monitoring period. First we try to find a periodicity in the continuum and H$β$ light curves, finding that there is a good chance for quasi-periodical oscillations. Using the line shapes and their characteristics (as e.g. peaks separation and their intensity ratio, or FWHM) of broad H$β$ and H$α$ lines, we discuss the structure of the BLR. Also, we cross-correlate the continuum flux with H$β$ and H$α$ lines to find dimensions of the BLR. We found that during the monitoring period the broad emission component of the H$α$ and H$β$ lines, and the continuum flux varied by a factor of $\approx $4-5. Also, we detected different structure in the line profiles of H$α$ and H$β$. It seems that an additional central component is present and superposed to the disk emission. In the period of high activity (after 2002), H$β$ became broader than H$α$ and red wing of H$β$ was higher than the one of H$α$. We found time lags of $\sim$95 days between the continuum and H$β$ flux, and about 120 days between the continuum and H$α$ flux. Variation in the line profiles, as well as correlation between the line and continuum flux during the monitoring period is in the favor of the disk origin of the broad lines with the possible contribution of some additional region and/or some kind of perturbation in the disk.

研究の動機と目的

• 長期間のスペクトルモニタリングを通じて、電波活性なAGN 3C 390.3のブロードライン領域（BLR）の幾何学的・力学的性質を調査すること。
• 連続スペクトルとブロード線の変動の時間遅れを測定することで、BLRのサイズと構造を推定すること。
• HαおよびHβ線プロファイルの変化を分析し、線発光に寄与するディスクに似た構造と非ディスク成分の寄与度を評価すること。
• 光度曲線に見られる準周期的振動（QPO）が、ディスク不安定性やジェット活動と関連しているかどうかを検証すること。

提案手法

• 1995年から2007年までの間、連続スペクトル、Hβ、Hαのブロード線発光フラックスの長期的光度曲線を構築した。
• 連続スペクトルと線発光フラックスの変動の時間遅れを測定するために、相互相関関数（CCF）分析を適用した。
• BLRの運動論的性質と幾何学的構造を推定するために、線プロファイル形状（ピーク間隔、強度比、FWHM）を分析した。
• 連続スペクトルおよびHβ光度曲線に対して、フーリエ変換および自己相関手法を用いて準周期的振動（QPO）の検出を実施した。
• 青線翼と赤線翼の変動を比較することで、BLR内の対称性および運動パターンを評価した。
• 測定された時間遅れを用いて、関係式 R = c × τ によりBLRのサイズを推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3C 390.3における連続スペクトルとブロードHβ線発光の時間遅れは何か？ これはBLRのサイズと幾何学的性質にどのような意味を持つのか？
• RQ2 HαおよびHβ線プロファイルは時間経過とともにどのように変化するのか？ これによりBLRの運動論的性質はどのような情報を明らかにするのか？
• RQ3 連続スペクトルおよび線光度曲線に準周期的振動（QPO）は存在するのか？ その原因は何か？
• RQ4 ブロード線発光はディスクに似た構造によるものなのか、それとも追加の成分（例：流出やジェット関連発光）が必要なのか？
• RQ5 3C 390.3におけるイオン化連続スペクトルと光学的線発光の関係は何か？

主な発見

• 1995年から2007年の間、ブロードHβおよびHα線発光と連続スペクトルのフラックスは約4〜5倍変動した。
• 連続スペクトルとブロードHβ線発光フラックスの変動の間に約95日間の時間遅れが測定され、先行研究と整合的であった。
• 連続スペクトルとHα線発光フラックスの変動の間に、約120日間の長い時間遅れが確認され、BLR内に分層構造が存在する可能性を示唆した。
• HβおよびHαの青線翼と赤線翼、およびコアとの間に顕著な遅れが認められなかったことから、BLR内には主として円形運動を示すディスクに似た構造があると示唆された。
• 2002年以降の高活動期には、Hβ線が広がり、Hαよりも赤線翼が強く観測された。これはBLR構造の変化を示唆している。
• Hβおよび連続スペクトル光度曲線に、約10年周期の準周期的振動（QPO）が検出された。これはディスク不安定性やジェット活動と関連している可能性がある。