[論文レビュー] The Mini AGN at the Center of the Elliptical Galaxy NGC 4552 with HST

Michele Cappellari, A. Renzini+5 more|arXiv (Cornell University)|Jul 7, 1998

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 51被引用数 24

ひとこと要約

本論文は、静止した楕円銀河NGC 4552の中心に位置する変動性で紫外線が明るいスパイクをハッブル宇宙望遠鏡で観測し、そのスパイクが低レベルの降着によって駆動される大質量ブラックホールによるミニAGNであると特定した。分光観測により、全波幅半値（FWHM）~3000 km s⁻¹の広い発光線と紫外線連続スペクトルが確認され、これはこれまでに知られている最も明るさが低いAGNであることが判明した。1996年のHα線の発光度は~5.6×10³⁷ erg s⁻¹であり、ブラックホール質量は3×10⁸から2×10⁹ M☉の範囲に推定される。

ABSTRACT

The complex phenomenology shown by the UV-bright, variable spike first detected with the Hubble Space Telescope (HST) at the center of the otherwise normal galaxy NGC 4552 is further investigated with both HST imaging (FOC) and spectroscopy (FOS). HST/FOC images taken in 1991, 1993, and 1996 in the near UV have been analyzed in a homogeneous fashion, showing that the central spike has brightened by a factor ~4.5 between 1991 and 1993, and has decreased its luminosity by a factor ~2.0 between 1993 and 1996. FOS spectroscopy extending from the near UV to the red side of the optical spectrum reveals a strong UV continuum over the spectrum of the underlying galaxy, along with several emission lines in both the UV and the optical ranges. In spite of the low luminosity of the UV continuum of the spike (~3*10^5 Lsolar), the spike is definitely placed among AGNs by current diagnostics based on the emission line intensity ratios, being just on the borderline between Seyferts and LINERs. Line profiles are very broad, and both permitted and forbidden lines are best modelled with a combination of broad and narrow components, with FWHM of ~3000 km s^-1 and ~700 km s^-1, respectively. This evidence argues for the variable central spike being produced by a modest accretion event onto a central massive black hole (BH), with the accreted material having possibly being stripped from a a star in a close fly by with the BH. The 1996 broad Halpha luminosity of this mini-AGN is ~5.6*10^37 erg s^-1, about a factor of two less than that of the nucleus of NGC 4395, heretofore considered to be the faintest known AGN.

研究の動機と目的

• NGC 4552で検出された変動的で紫外線が明るい中心源（「スパイク」）の性質を、ハッブル宇宙望遠鏡の画像と分光観測を用いて調査すること。
• スパイクの変動性と分光的特徴が、星間物質的または非熱的過程ではなく、大質量ブラックホールへの降着と整合するかどうかを特定すること。
• 中心源の物理的性質、特にブラックホール質量、降着発光度、発光線の特徴を特定すること。
• 通常の初期期銀河においてこのような低発光度のAGN活動が検出可能であるという意味を評価すること。

提案手法

• 1991年、1993年、1996年に、近紫外（F342Wフィルタ）を用いたHST/Faint Object Camera（FOC）画像観測を実施し、中心スパイクの光度変動を追跡した。
• 1996年に、近紫外から可視光域をカバーするHST/Faint Object Spectrograph（FOS）分光観測を実施し、発光線プロファイルと連続スペクトルの性質を分析した。
• 非一様な背景がある状況下でも正確なフラックス測定が可能なように、FOC画像に非線形補正法を適用した。補正には、半径5.5ピクセル（512×512モード）および8.6ピクセル（512z×1024モード）の滑らかにしたアパーチャ技術を用いた。
• 非線形補正の妥当性を検証するため、1993年と1991年の光度プロファイルを比較したところ、全強度範囲で2%以内の一致が得られた。
• FOCの非線形性効果を模擬するため、合成銀河画像を用いて、1993年の観測で観測されたフラックスプロファイル劣化を正確にモデル化した。
• 発光線プロファイルは、広い（FWHM ~3000 km s⁻¹）と狭い（FWHM ~700 km s⁻¹）成分の組み合わせでモデル化し、運動的およびイオン化状態を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 4552の変動的で紫外線が明るいスパイクは、星間物質的または非熱的過程ではなく、大質量ブラックホールへの降着と整合するか？
• RQ2 中心源の物理的性質、特にブラックホール質量、降着発光度、発光線の特徴は何か？
• RQ3 観測された変動性とスペクトルエネルギー分布は、特にセイフェルト銀河やLINERと比較してどのように異なるか？
• RQ4 高分解能のHST画像および分光観測は、通常の初期期銀河において低発光度のAGN活動をどの程度検出可能にするか？

主な発見

• 1991年から1993年にかけて中心スパイクは約4.5倍に明るくなり、1993年から1996年にかけては約2.0倍に減光した。これは強い変動性を確認するものである。
• FOS分光観測により、強力な紫外線連続スペクトルと、許容線および禁制線の両方で広い発光線（FWHM ~3000 km s⁻¹）が確認され、AGN活動の特徴的である。
• スパイクの発光線比率は、セイフェルトとLINERの境界に位置しており、低発光度であるにもかかわらずAGNの性質を確認した。
• 1996年のミニAGNのHα発光度は~5.6×10³⁷ erg s⁻¹であり、これはこれまでに知られている最も明るさが低いAGNである。NGC 4395の核よりも約2倍低い発光度である。
• NGC 4552の中心に位置するブラックホール質量は、観測された降着発光度と線幅に基づき、3×10⁸から2×10⁹ M☉の範囲に推定される。
• 非線形補正法は、1993年の画像で観測されたフラックスプロファイル劣化を正確に再現できた。これにより、非一様な背景においても正確な光度測定が可能であることが裏付けられた。