[論文レビュー] The WISSH quasars project VII. The impact of extreme radiative field in the accretion disk and X-ray corona interplay

L. Zappacosta, E. Piconcelli+15 more|arXiv (Cornell University)|Feb 3, 2020

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 65被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、超高光度クェーサー（L_bol ≳ 10^47 erg s⁻¹）における極端な放射場の影響を調査し、固有の2–10 keV X線輝度（L_2-10）とCIV発光線のドップラー補正済みブルーシフト速度（v_CIV）の間に顕著な逆相関が存在することを明らかにした。結果は、高速な降着円盤風（v_CIV ≳ 3000 km s⁻¹）がコロナを遮蔽することでX線放射が抑制されることを示唆しており、線駆動またはMHD駆動の風モデルが、放射フィードバック機構を通じて観測されたX線の弱体化を説明できると考えられる。

ABSTRACT

Hyperluminous quasars ($L_{ m bol}\gtrsim 10^{47}$ erg s$^{-1}$) are ideal laboratories to study the interaction and impact of extreme radiative field and the most powerful winds in the AGN nuclear regions. They typically exhibit low coronal X-ray luminosity ($L_{ m X}$) compared to the UV and MIR radiative outputs ($L_{ m UV}$ and $L_{ m MIR}$) with a non-negligible fraction of them reporting even $\sim$1 dex weaker $L_{ m X}$ compared to the prediction of the well established $L_{ m X}$-$L_{ m UV}$ and $L_{ m X}$-$L_{ m MIR}$ relations followed by the bulk of the AGN population. We report in our WISE/SDSS-selected Hyperluminous (WISSH) $z=2-4$ broad-line quasar sample, the discovery of a dependence between the intrinsic 2-10 keV luminosity ($L_{ m 2-10}$) and the blueshifted velocity of the CIV emission line ($v_{ m CIV}$) indicative of accretion disc winds. In particular, sources with fastest winds ($v_{ m CIV}\gtrsim 3000~ m km s^{-1}$) possess $\sim$0.5-1 dex lower $L_{ m 2-10}$ than sources with negligible $v_{ m CIV}$. No similar dependence is found on $L_{ m UV}$, $L_{ m MIR}$, $L_{ m bol}$, photon index and absorption column density. We interpret these findings in the context of accretion disc wind models. Both magnetohydrodynamic and line-driven models can qualitatively explain the reported relations as a consequence of X-ray shielding from the inner wind regions. In case of line-driven winds, the launch of fast winds is favoured by a reduced X-ray emission, and we speculate that these winds may play a role in directly limiting the coronal hard X-ray production.

研究の動機と目的

• 超高光度クェーサーにおける極端な放射場、降着円盤風、X線コロナ放射の相互作用を理解すること。
• 一部のクェーサーがUVおよびMIR出力と比較して異常に低いX線輝度（L_X）を示す理由を調査すること。
• 高輝度AGNにおいて、CIV広発光線風の速度がX線弱体性と相関するかどうかを特定すること。
• 風駆動フィードバック機構（例：X線遮蔽）が、観測されたL_2-10 – v_CIV関係を説明できるかどうかを検証すること。

提案手法

• L_bol ≳ 10^47 erg s⁻¹ であるz=2–4のバルクラインクェーサーをWISE/SDSSから選抜したサンプルの分析。
• 吸収補正を施したX線スペクトルフィッティングにより、固有の2–10 keV X線輝度（L_2-10）を測定。
• 降着円盤風の速度の代理指標として、CIV発光線のブルーシフト速度（v_CIV）を定量化。
• L_2-10とv_CIV、L_UV、L_MIR、L_bol、エネルギー指数、N_Hの比較を通じて、関係性の隔離を試みた。
• 線駆動およびMHD風モデルを用いて、観測されたv_CIVとL_2-10の逆相関を解釈。
• 観測された運動学的・輝度的傾向に及ぼす視線方向効果および風の幾何学的形状（例：ホースト型流出）の影響を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超高光度クェーサーにおいて、CIV発光線風の速度と固有の2–10 keV X線輝度の間に有意な相関が存在するか？
• RQ2 なぜ一部の超高光度クェーサーは、標準的なL_X–L_UVおよびL_X–L_MIR関係から予測される値よりも1デシベルも低いX線輝度を示すのか？
• RQ3 X線遮蔽を含む風駆動フィードバック機構が、風速とX線輝度の間の観測された逆相関を説明できるか？
• RQ4 降着円盤風における放射力および磁気力が、極端なAGN環境下でのX線コロナ放射にどのように影響を与えるか？
• RQ5 視線方向効果や風の幾何学的形状が、L_2-10 – v_CIV関係の観測された散らばりにどの程度寄与しているか？

主な発見

• CIVブルーシフト速度が3000 km s⁻¹以上の源では、v_CIVが著しく小さい源と比較して、L_2-10が0.5–1デシベル低い。
• v_CIVとL_2-10の逆相関は、L_UV、L_MIR、L_bol、エネルギー指数、吸収列密度とは観測されないため、風の動力学的要因に特異的な関係があることが示唆される。
• 観測された関係は、高速風領域が内側からコロナを遮蔽することでX線生産が減少するという説明と整合的である。
• 結果は、放射フィードバックによって円盤から発生する風がX線放射を制限する線駆動またはMHD駆動風モデルを支持する。
• PDS 456（v_CIV ≈ 5200 km s⁻¹、L_2-10 ≈ (0.3–1)×10^45 erg s⁻¹）は、同じL_2-10 – v_CIV関係上に位置しており、高赤方偏移クェーサーとの関連性を支持する。
• UFO（例：PDS 456およびAPM 08279+5255）におけるX線変動が、L_2-10 – v_CIV関係の観測された散らばりに寄与している可能性があり、動的フィードバックを示唆している。