[논문 리뷰] Investigating the Accretion Nature of Binary Supermassive Black Hole Candidate SDSS J025214.67-002813.7

Adi Foord, Xin Liu외 4명|arXiv (Cornell University)|2021. 10. 06.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 80인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 다중 파장 X선, 전파, 적외선, 가시광선 및 자외선 데이터를 사용하여 이진 초거대 블랙홀 후보자인 SDSS J025214.67-002813.7을 조사한다. 주기적인 가시광선 변동성은 이중성 시스템을 시사하지만, X선 스펙트럼과 전체 스펙트럼 에너지 분포(SpE)는 이중성에 의한 원심질량 흡착이나 강력한 경질 X선 방출의 증거가 없이도 단일의 붉어진 AGN로 가장 잘 설명된다. 이 결과는 이 소스에 대한 이중 AGN 가설에 도전한다.

ABSTRACT

We present results on a multi-wavelength analysis of SDSS J025214.67-002813.7, a system which has been previously classified as a binary AGN candidate based on periodic signals detected in the optical light curves. We use available radio-X-ray observations of the system to investigate the true accretion nature. Analyzing new observations from XMM-Newton and NuSTAR, we characterize the X-ray emission and search for evidence of circumbinary accretion. Although the 0.5-10 keV spectrum shows evidence of an additional soft emission component, possibly due to extended emission from hot nuclear gas, we find the spectral shape consistent with a single AGN. Compiling a full multi-wavelength SED, we also search for signs of circumbinary accretion, such as a "notch" in the continuum due to the presence of minidisks. We find that the radio-optical emission agrees with the SED of a standard, radio-quiet, AGN, however there is a large deficit in emission blueward of ~1400 A. Although this deficit in emission can plausibly be attributed to a binary AGN system, we find that the SED of SDSS J0252-0028 is better explained by emission from a reddened, single AGN. However, future studies on the expected hard X-ray emission associated with binary AGN (especially in the unequal-mass regime), will allow for more rigorous analyses of the binary AGN hypothesis.

연구 동기 및 목표

• SDSS J0252-0028의 주기적인 가시광선 변동성이 이중 초거대 블랙홀 시스템을 나타내는지 테스트하기 위해.
• 다중 파장 SED 분석과 X선 스펙트럼 모델링을 통해 원심질량 흡착의 존재를 조사하기 위해.
• 이중 흡착의 징후로 여겨지는 강력한 X선 방출 또는 SED의 '균열'이 이 후보에서 감지될 수 있는지 평가하기 위해.
• 주변별 먼지에 의한 붉어짐이 SED에서 관측된 자외선/가시광선 부족을 설명할 수 있는지 평가하기 위해.

제안 방법

• XMM-Newton 및 NuSTAR 관측의 X선 스펙트럼 피팅을 수행하여 0.5–10 keV 및 경질 X선 대역에서 초과 방출 또는 복잡한 성분을 탐색하기 위해.
• 전파(VLA), 중간 적외선(WISE), 근적외선(UKIDSS), 가시광선(SDSS), 자외선(GALEX)의 광도를 사용하여 다중 파장 SED를 구축하기 위해.
• Roedig 등(2014)의 분석 모델을 적용하여 원심질량 흡착 디스크에 의한 '균열'이 있는 예상 SED 형태를 시뮬레이션하기 위해.
• Fitzpatrick(1999)의 붑어짐 법칙을 사용하여 표준 AGN SED를 수정하고 관측된 광도에 적합시켜 주변별 먼지 효과를 테스트하기 위해.
• X선에서 자외선으로의 빛의 비율을 평가하기 위해 αOX 파rameter를 계산하고 단일 AGN에 대한 기대치와 비교하기 위해.
• 이중 시스템에서 스트림 충격에 의해 예상되는 경질 X선 방출을 예측하고, 관측된 NuSTAR 상한선과 비교하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SDSS J0252-0028의 X선 스펙트럼은 두 개의 흡착 중 블랙홀에 기인한 다중 성분 또는 초과 방출의 증거를 보여주는가?
• RQ2 SED에서 관측된 자외선/가시광선 부족은 원심질량 흡착, 예를 들어 마이크로디스크에 의한 연속체의 '균열'에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ3 관측된 SED는 표준적인 전파-조용한 AGN와 일치하는가, 아니면 이중 AGN 모델이 필요한가?
• RQ4 주변별 먼지에 의한 붑어짐이 고정된 SED에서 1400 Å 근처의 방출 감소를 설명할 수 있는가?
• RQ5 이중 시스템에서 스트림 충격에 의해 기대되는 경질 X선 방출(10 keV 이상)이 감지 가능한가?

주요 결과

• XMM-Newton의 0.5–10 keV 스펙트럼은 단일의 투과된 파wer-법칙 모델로 가장 잘 맞으며, 0.5–10 keV 방출은 9.1+3.1−3.9 × 10−13 erg s−1이고, z = 1.53에서 2–10 keV 빛의 세기는 6.1+1.4−2.0 × 1044 erg s−1이다.
• 10 keV 이상에서의 유의미한 초과 경질 X선 방출은 관측되지 않았고, NuSTAR의 상한선은 단일 AGN와 일치하는 결과를 보이며, 강화된 방출을 제약하지 않는다.
• αOX 파rameter는 1.6로 측정되었으며, 이는 단일 AGN에서 예상되는 범위와 일치하며, 이중 흡착의 징후로 볼 수 없다.
• SED는 약 1400 Å 이하에서 방출이 크게 부족한데, 이는 원심질량 흡착이 아닌 주변별 먼지에 의한 붉어짐(AV = 0.17, R(V) = 2.54)로 잘 설명된다.
• 원심질량 흡착의 분석 모델은 극단적인 질량 비율 및 흡착률 조건 하에서도 관측된 SED 형태를 재현하지 못한다.
• 전파, 적외선, 가시광선, 자외선 데이터를 포함한 다중 파장 SED는 이중 AGN의 징후가 없이도 단일의 붉어진 AGN SED와 가장 잘 일치한다.