[論文レビュー] Weighing Super-Massive Black Holes with Narrow Fe K$\alpha$ Line

Peng Jiang, Junxian Wang+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 10, 2011

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、赤外線時間遅れを用いてその半径を測定した内側のトーラスで、タイプ1 AGNにおける狭いFe Kα線が発生すると提案している。しかし、観測された線幅は、等方的放射のもとで予想されるものよりも2.6⁺⁰.⁹₋₀.⁴倍広く、厚いディスク幾何学的構造または他の領域からの汚染を示唆しており、サンプルサイズと不確実性のため、この手法と従来のブラックホール質量測定法との間には統計的に有意な相関が見られない。

ABSTRACT

It has been suggested that the narrow cores of the Fe K$\alpha$ emission lines in Active Galactic Nuclei (AGNs) are likely produced in the torus, the inner radius of which can be measured by observing the lag time between the $V$ and $K$ band flux variations. In this paper we compare the virial products of the infrared time lags and the narrow Fe K$\alpha$ widths for 10 type 1 AGNs with the black hole masses from other techniques. We find the narrow Fe K$\alpha$ line width is in average 2.6$^{+0.9}_{-0.4}$ times broader than expected assuming an isotropic velocity distribution of the torus at the distance measured by the infrared lags. We propose the thick disk model of the torus could explain the observed larger line width. Another possibility is the contamination by emission from the broad line region or the outer accretion disk. Alternatively, the narrow iron line might originate from the inner most part of the obscuring torus within the sublimation radius, while the infrared emission from outer cooler part. We note the correlation between the black hole masses based on this new technique and those based on other known techniques is statistically insignificant. We argue that this could be attributed to the small sample size and the very large uncertainties in the measurements of iron K line widths. The next generation of X-ray observatories could help verify the origin of the narrow iron K$\alpha$ line and the reliability of this new technique.

研究の動機と目的

• AGNにおける狭いFe Kα線がブラックホール質量を測定する信頼できる手法として使用可能かどうかを検証すること。
• 赤外線時間遅れから導かれたトーラスの内側半径と線幅を比較することで、狭いFe Kα線の起源を調査すること。
• Fe Kα線幅から導かれたブラックホール質量と、他の確立された手法による質量との整合性を評価すること。
• 不確実性とサンプルサイズが、この新しい質量推定手法の信頼性に与える影響を評価すること。

提案手法

• 10個のタイプ1 AGNにおけるVバンドとKバンドのflux変動の時間遅れを測定し、トーラスの内側半径を推定する。
• X線スペクトルにおける狭いFe Kα発光線の幅を測定し、発光物質の速度分散を推定する。
• 推定された半径と速度幅のバーリー積を、他の手法によるブラックホール質量と比較する。
• 時間遅れで導かれた半径における等方的速度分布の下で予想される線幅と、Fe Kα線幅の整合性を評価する。
• 厚いディスクトーラスや、幅広い線領域または外側の降着円盤からの汚染といった代替モデルを検証する。
• Fe Kαから導かれた質量と他の手法による質量との間の相関の統計的有意性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AGNにおける狭いFe Kα線は、赤外線時間遅れで測定された半径におけるトーラスで発生しているか？
• RQ2 時間遅れで導かれた半径における等方的放射のもとで予想される線幅よりも、観測されたFe Kα線幅が広いのはなぜか？
• RQ3 トーラスの厚いディスクモデルは、観測された線幅の広がりを説明できるか？
• RQ4 Fe Kα線は、幅広い線領域または外側の降着円盤からの発光によってどの程度汚染されているか？
• RQ5 従来の手法と比較して、Fe Kα線幅によるブラックホール質量測定法はどの程度信頼できるか？

主な発見

• 狭いFe Kα線の幅は、赤外線時間遅れで測定された半径における等方的速度分布を仮定した場合に予想されるものよりも、平均で2.6⁺⁰.⁹₋₀.⁴倍広い。
• 観測された線幅の広がりは、自然に非等方的分布を生じる厚いディスク幾何学的構造によるものと説明できる。
• 代替的説明として、幅広い線領域や外側の降着円盤からの発光による汚染が考えられる。
• Fe Kα線幅から導かれたブラックホール質量と他の手法による質量との間の相関は、統計的に有意ではなく、サンプルサイズが小さく、測定不確実性が大きいことが主な要因とされる。
• 今後のX線観測機器では、線幅測定の精度が向上し、狭いFe Kα線の起源を検証する手がかりが得られると期待される。