[논문 리뷰] Is BL Lacertae an "orphan" AGN? Multiband and spectroscopic constraints on the parent population

A. Capetti, C. M. Raiteri외 1명|2010. 04. 13.

Astrophysics and Cosmic Phenomena참고 문헌 69인용 수 23

한 줄 요약

이 연구는 블라자르의 대표주자인 BL Lacertae가 검출 가능한 부모 성분이 없는 '고립된' 활성 은하핵(AGN)인지 여부를 조사한다. 이탈리아의 Telescopio Nazionale Galileo에서 확보한 다중 대역 및 분광 데이터를 바탕으로, BL Lacertae는 10년 간 약 50% 증가한 넓은 Hα 선을 나타내며, 이는 그의 진화 과정에서 일시적인 단계에 있을 가능성을 시사한다. 은하핵 빛의 밝기로부터 유추된 블랙홀 질량(4–6×10⁸ M☉)과 그의 저항성 질량 추정치(20–30배 낮음) 사이의 괴리로 인해, 최근의 물질 붕괴 사건으로 인해 블랙홀 주변의 넓은 선 영역이 밝기가 낮을 가능성이 있다. 이 소스의 좁은 선 및 전파 특성은 소형 전파 은하와 유사하지만, 이러한 은하는 블랙홀 주변의 넓은 선 영역(BLR)이 없기 때문에, BL Lacertae는 아직 다른 AGN에서 관측되지 않은 희귀하고 일시적인 진화 단계에 있을 수 있다.

ABSTRACT

We have analysed optical spectra of BL Lacertae, the prototype of its class, to verify the presence and possible flux variations of its broad Ha line. We used the spectroscopic information also to investigate the question of its parent population. Four spectra were acquired at the TNG in 2007-2008, when the source was in a relatively faint state. In three cases we were able to measure the broad Ha and several narrow emission lines. A comparison with previous results suggests that the broad Ha has increased by ~50% in ten years, a change not unusual for Broad Lined AGN. We estimated a black hole mass for BL Lac of 4-6 10^8 solar masses from its relation with the bulge luminosity. The virial mass estimated from the spectroscopic data is instead 20-30 times smaller. We suggest that this discrepancy is due to the BL Lac BLR being underluminous. Finally, we addressed the problem of the BL Lac parent population, comparing its isotropic quantities with those of other AGN classes. From the point of view of the narrow emission line spectrum, the source locates close to low-excitation radio galaxies. When also considering its diffuse radio power, an association with FRI radio galaxies is severely questioned due to the lower radio luminosity (at give line luminosity) of BL Lac. The narrow line and radio luminosities of BL Lac instead match those of a sample of miniature radio galaxies, which however do not show a BLR. Yet, if existing, "misaligned BL Lac" objects should have entered that sample. We also rule out the possibility that they have been excluded because of a QSO optical appearance. The observational constraints suggest that BL Lac is caught in a short term transient stage, which does not leave a detectable evolutionary "trace" in the AGN population. We speculate on a scenario that can account for the observed properties. [ABRIDGED]

연구 동기 및 목표

• 지역 우주에서 검출 가능한 부모 성분이 없는 '고립된' AGN인가를 판단하기 위해.
• 넓은 Hα 방출선의 기원과 시간에 따른 밝기 변화를 조사하기 위해.
• 은하핵 빛의 밝기로부터 추정한 블랙홀 질량과 분광학적 비르탈 방법으로 유도된 질량 사이의 괴리를 설명하기 위해.
• BL Lacertae가 진단 다이어그램에서의 위치와 다른 AGN 클래스와의 좁은 선 및 전파 특성을 비교하기 위해.
• 이 소스의 특성이 안정된 장수 상태가 아니라 일시적인 진화 단계일 수 있는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 2007–2008년 동안 네 번의 밤에 걸쳐 3.58m Telescopio Nazionale Galileo(TNG)의 DOLORES 분광계를 사용해 BL Lacertae의 저해상도 및 고해상도 광학 분광도를 확보하였다.
• 넓은 선 영역의 복잡한 Hα 스펙트럼 영역을 다중 가우시안 성분으로 피팅하여 넓은 선과 좁은 선의 밝기 측정치를 산출하였다.
• 현재의 넓은 Hα 밝기와 10년 이상 전의 이전 측정치를 비교하여 변화를 평가하였다.
• 은하핵 빛의 밝기와 관련된 M–L_bulge 관계를 사용해 블랙홀 질량을 추정하고, 선 너비 및 연속 스펙트럼 밝기로부터 유도된 비르탈 질량과 비교하였다.
• 진단 다이어그램에서의 분류를 위해 좁은 방출선 비율([O III]/Hβ, [N II]/Hα, [S II]/Hα, [O I]/Hα)을 분석하였다.
• 저진동 에너지 은하(LEG), 소형 전파 은하, FR I/II 전파 은하와의 등방성 밝기(좁은 선 및 전파)를 비교하여 잠재적 부모 성분을 규명하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 BL Lacertae의 넓은 Hα 방출선은 시간이 지남에 따라 안정적인가, 아니면 상당한 밝기 변화를 겪었는가?
• RQ2 왜 BL Lacertae의 비르탈 블랙홀 질량 추정치는 M–L_bulge 관계로부터 유도된 값보다 훨씬 낮은가?
• RQ3 FR I 전파 은하, 소형 전파 은하, 저진동 에너지 은하 중에서 어느 것이 BL Lacertae의 좁은 선 및 전파 밝기 특성과 가장 잘 일치하는가?
• RQ4 BL Lacertae의 관측된 특성은 안정된 장수 상태가 아니라 일시적인 진화 단계에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ5 기존의 소형 전파 은하 샘플에 '비대칭'된 BL Lacertae 유사 천체들이 누락되어 있는가? 만약 그렇다면 그 이유는 무엇인가?

주요 결과

• BL Lacertae의 넓은 Hα 밝기는 약 10년 간 약 50% 증가하여, 최근에 넓은 선 영역(BLR) 또는 이온화 연속 스펙트럼에 변화가 있었음을 시사한다.
• M–L_bulge 관계로부터 추정한 블랙홀 질량은 4–6×10⁸ M☉이며, 비르탈 질량 추정치는 이에 비해 20–30배 낮다. 이는 BLR에 심각한 밝기 부족이 있음을 시사한다.
• BL Lacertae의 좁은 방출선 스펙트럼은 [O III]/Hβ 및 [N II]/Hα 비율을 사용한 진단 다이어그램에서 저진동 에너지 전파 은하(LEG)에 가까운 위치에 있다.
• 소형 전파 은하와 유사한 좁은 선 밝기와는 달리, BL Lacertae의 흐린 전파 밝기는 일반적인 고진동 에너지 전파 은하(HEG)보다 최소 100배 낮아, FR II 소스와의 직접적인 연관성을 배제한다.
• 소형 전파 은하에서 BLR가 관측되지 않기 때문에, '비대칭'된 BL Lacertae 유사 천체가 존재한다면 이러한 샘플에 있어야 하지만, 그러한 천체는 발견되지 않았다. 이는 이러한 천체가 일시적인 상태일 수 있음을 암시한다.
• 소스의 확장된 전파 방출(약 10 kpc, 속도 0.1c)은 적어도 약 3×10⁵ 년 이상 활성 상태였음을 시사하며, 새로운 AGN일 가능성은 배제된다.