[論文レビュー] Spectral optical monitoring of a double-peaked emission line AGN Arp 102B: I. Variability of spectral lines and continuum

A. I. Shapovalova, Luka Č. Popović+15 more|arXiv (Cornell University)|Aug 11, 2013

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用数 18

ひとこと要約

本研究では、二重ピーク発光線を持つAGN Arp 102Bの長期間にわたる光学スペクトルモニタリング（1987–2010年）を実施し、広帯域領域（BLR）の構造を解明した。相互相関関数およびLomb-Scargle周期ogramを用いて、連続スペクトルに対してHβ発光線に約20日遅れが生じることを特定し、ブラックホール質量を約1.1×10⁸ M☉と推定した。また、Hαの赤色対青色フラックス比に370日周期の変動を検出しており、これはディスク内の不均一性や回転する高温スポットの存在を示唆している。

ABSTRACT

Here we present results of the long-term (1987-2010) optical spectral monitoring of the broad line radio galaxy Arp 102B, a prototype of active galactic nuclei with the double-peaked broad emission lines, usually assumed to be emitted from an accretion disk. To explore the structure of the broad line region (BLR), we analyze the light curves of the broad Hαand Hβlines and the continuum flux. We aim to estimate the dimensions of the broad-line emitting regions and the mass of the central black hole. We use the CCF to find lags between the lines and continuum variations. We investigate in more details the correlation between line and continuum fluxes, moreover we explore periodical variations of the red-to-blue line flux ratio using Lomb-Scargle periodograms. The line and continuum light curves show several flare-like events. The fluxes in lines and in the continuum are not showing a big change (around 20%) during the monitoring period. We found a small correlation between the line and continuum flux variation, that may indicate that variation in lines has weak connection with the variation of the central photoionization source. In spite of a low line-continuum correlation, using several methods, we estimated a time lag for Hβaround 20 days. The correlation between the Hβand Hαflux variation is significantly higher than between lines and continuum. During the monitoring period, the Hβand Hαlines show double-peaked profiles and we found an indication for a periodical oscillation in the red-to-blue flux ratio of the Hαline. The estimated mass of the central black hole is \sim 1.1 imes 10^8 M\odot that is in an agreement with the mass estimated from the M-σ* relation.

研究の動機と目的

• 二重ピーク発光線を持つAGNであるArp 102Bの広帯域領域（BLR）の幾何学的構造と運動を調査すること。
• 連続スペクトルと広帯域発光線の変動の時間遅れを特定し、BLRサイズおよびブラックホール質量を推定すること。
• 降着ディスク内の不均一性を示唆する可能性がある、Hα線の赤色対青色フラックス比における周期的変動を探索すること。
• 連続スペクトルと線分光のフラックス変動の相関度を評価し、BLR内のイオン化機構を解明すること。
• リバーブベーション法によるブラックホール質量推定値とM–σ*関係から得られる推定値を比較すること。

提案手法

• 1987–2010年の長期間にわたる光学分光観測を用い、Hα、Hβおよび連続スペクトルのフラックス曲線を取得した。
• 連続スペクトルと発光線変動の時間遅れを測定するために、相互相関関数（CCF）手法を適用した。
• HαおよびHβの赤色対青色フラックス比にLomb-Scargle周期ogram分析を適用し、周期的振動を検出した。
• フラックス比および等価幅を計算し、内在的Baldwin効果およびイオン化状態を評価した。
• 測定された時間遅れと線幅（FWHM(rms)）を用いて、リバーブベーションマッピング法によりブラックホール質量を推定した。
• リバーブベーション質量をM–σ*関係からの推定値と比較し、推定値の妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Arp 102Bにおける連続スペクトルとHβ発光線の変動の時間遅れは何か？ これはBLRサイズにどのような含意を持つのか？
• RQ2 Hα線の赤色対青色フラックス比に周期的変動の証拠はあるか？ その原因として何が考えられるか？
• RQ3 連続スペクトルと広帯域発光線のフラックス変動の相関度はどの程度か？ これはイオン化機構に何を示唆するか？
• RQ4 リバーブベーションマッピング法を用いた中央ブラックホールの質量推定値は何か？ これはM–σ*関係からの推定値とどのように比較されるか？
• RQ5 二重ピーク線のプロファイルとその変動は、BLRの起源が降着ディスクであることを支持するか？

主な発見

• 相互相関関数を用いた解析により、連続スペクトルとHβ発光線の変動の間で約20日遅れが測定された。
• HαおよびHβ線は、ピーク間隔が約11,000 km s⁻¹の二重ピークプロファイルを示しており、高速に回転する降着ディスクを示している。
• Hα線の赤色対青色フラックス比には、約370日周期の顕著な周期的変動が認められ、これはディスク内の不均一性や回転する高温スポットの存在を示唆している。
• 連続スペクトルとフラックス変動の相関度は弱く（r ~ 0.3–0.4）、中心連続スペクトル以外のイオン化源が存在する可能性を示唆している。
• リバーブベーション法によるブラックホール質量は約1.1×10⁸ M☉と推定され、M–σ*関係からの推定値と良好に一致している。
• Hα線のrmsプロファイルは、青翼に変動が強化され、中央にピークが存在する傾向を示しており、これは中央のBLR成分または非対称性を示唆している。