[論文レビュー] The distance scale and Eddington efficiency of luminous quasars

P. Teerikorpi|ArXiv.org|Oct 13, 2005

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、エディントン限界に近い放射を行う明るいクェーサーを用いてハッブル定数 $H_0$ を制約する新しい手法を提案する。エディントン比 $L/L_{\text{Edd}}$ は $H_0$ に依存するが、ブラックホール質量 $M_{\text{BH}}$ は距離に依存しないリバーブレーションマッピングのキャリブレーションにより $H_0$ に依存しないことを利用している。高赤方偏移クェーサーに対して $L_{\text{bol}} \leq L_{\text{Edd}}$ を仮定すると、$H_0 > 45\,\text{km/s/Mpc}$ が得られ、局所的距離階段法に依存しない宇宙論的独立な代替手法を提供する。

ABSTRACT

The relation between the central mass and quasar luminosity (M_BH \propto L^αFHWM^2) links a given Eddington ratio with a value of H_0, within a cosmology with fixed (Ω_m,Ω_Λ). We point out that because the relation is calibrated at low z using distance independent reverberation mapping to get the BLR size, the derived M_BH interestingly does not depend on H_0, while L/L_Edd is sensitive to H_0, but rather robust to changes of Ω_Λ in the standard flat model. This means, e.g., that enough of extragalactic objects radiating at the Eddington limit could be used to study the global Hubble constant in a new way, bypassing the local distance ladder. The method could become practical when systematic errors in derived M_BH are understood and objects with L /leq L_Edd can be independently identified. As an illustration, if we take a sample of tranquil very luminous quasars in the redshift range 0.5 < z < 1.6, and assume that they are radiating with L_bol \leq L_Edd, then the usual numeric factors used for calculating M_BH and L_bol would lead to the result that the Hubble constant must be larger than 45 km/s/Mpc.

研究の動機と目的

• クェーサーのエディントン効率とグローバル距離スケールとの関係を調査すること。
• エディントン限界に近い放射を行う明るいクェーサーが、独立した距離指標として利用可能かどうかを評価すること。
• この手法の宇宙論的パラメータの変動および系統的誤差に対する頑健性を評価すること。
• 高赤方偏移クェーサーが $L_{\text{Edd}}$ を超えないという仮定の下で $H_0$ の下限を導出すること。

提案手法

• 距離に依存しないリバーブレーションマッピングによるキャリブレーションを用いて、$H_0$ に依存しない方法で $M_{\text{BH}}$ を導出する $R_{\text{BLR}}$–$L$ 関係を用いる。
• 標準的な $M_{\text{BH}} \propto L^{\alpha} \times \text{FWHM}^2$ 関係（$\alpha \approx 0.5$ から $0.7$）を用いてブラックホール質量を推定する。
• エディントン比 $L/L_{\text{Edd}} \propto h^{-2}$ を計算し、$h = H_0 / 100$ とすることで $H_0$ に敏感であることを示す。
• 平坦な $\Lambda$CDM モデル（$\Omega_m = 0.3$, $\Omega_\Lambda = 0.7$）において、共動距離および距離輝度に宇宙論的補正を施す。
• 観測クェーサー標本（$0.5 < z < 1.6$、$M_{\text{min}} < -25.5$、$L_{\text{bol}} \leq L_{\text{Edd}}$）を用いて $H_0$ の境界を推定する。
• $\Omega_\Lambda$ および $\alpha$ に対する感度テストを実施し、$L/L_{\text{Edd}}$ に与える影響が最小であることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 エディントン限界に近い放射を行うクェーサーを用いて、局所的距離階段法に依存せずに $H_0$ を制約できるか？
• RQ2 リバーブレーションマッピングのキャリブレーション法が同じであるにもかかわらず、なぜエディントン比 $L/L_{\text{Edd}}$ は $H_0$ に依存するが $M_{\text{BH}}$ は依存しないのか？
• RQ3 $\Omega_\Lambda$ および $R_{\text{BLR}}$–$L$ 関係の指数 $\alpha$ の変動に対して、$H_0$ の制約はどの程度頑健か？
• RQ4 高赤方偏移クェーサーが $L_{\text{bol}} \leq L_{\text{Edd}}$ を超えないという仮定のもとで、$H_0$ の下限はどのようになるか？
• RQ5 $M_{\text{BH}}$ および $L_{\text{bol}}$ の推定における系統的誤差が、この手法を無効にする可能性はあるか？

主な発見

• エディントン比 $L/L_{\text{Edd}}$ は $h^{-2}$ に比例し、$H_0$ に敏感である一方、距離に依存しないリバーブレーションマッピングにより $M_{\text{BH}}$ は $H_0$ に依存しない。
• 明るいクェーサー標本（$0.5 < z < 1.6$、$L_{\text{bol}} \leq L_{\text{Edd}}$）に対して、標準的な質量および輝度キャリブレーションから $H_0 > 45\,\text{km/s/Mpc}$ が得られる。
• $\Omega_\Lambda$ を $\pm 0.15$ の範囲で変化させても、$\alpha \approx 0.5$ から $0.7$ の指数の影響により $L/L_{\text{Edd}}$ にわずかなシフトしか生じないため、手法は頑健である。
• $f$-要因、$\alpha$、$L_{\text{bol}}$ の推定における系統的誤差は、実用的応用の主な障壁のままである。
• $R_{\text{BLR}}$–$L$ 関係が距離ではなく輝度に対してキャリブレートされているため、マールムイストバイアスを回避できる。
• この手法は局所的距離階段法に依存せず、グローバルなハッブルフローを探索するため、$H_0$ 決定の補完的アプローチを提供する。