[논문 리뷰] Long-term variability of the optical spectra of NGC 4151: II. Evolution of the broad Ha and Hb emission-line profiles

A. I. Shapovalova, Luka Č. Popović외 6명|arXiv (Cornell University)|2009. 10. 15.

Adaptive optics and wavefront sensing참고 문헌 1인용 수 34

한 줄 요약

이 연구는 1996–2006년 동안의 고해상도 광학 스펙트럼 11년치 자료를 분석하여 NGC 4151의 시간에 따라 변화하는 넓은 H𝛼 및 H𝛽 선형 프로파일을 조사한다. 복잡한 운동학적으로 구분되는 성분들이 드러나며, 이는 광이온화 영역, 충격에 의해 자극된 확산류, 제트 또는 바람에서 기인할 가능성이 있다. 이는 넓은 선 영역(BLR)이 순수하게 광이온화된 것이 아니며, 이 은하핵 활동성은(AGN) 표준 반사 맵핑 기법을 통한 크기 추정에 도전을 제기한다.

ABSTRACT

Results of the long-term (11 years, from 1996 to 2006) H$α$ and H$β$ line variations of the active galactic nucleus of NGC 4151 are presented. High quality spectra (S/N>50 and R~8A) of H$α$ and H$β$ were investigated. We analyzed line profile variations during monitoring period. Comparing the line profiles of H$α$ and H$β$, we studied different details (bumps, absorption features) in the line profiles. The variations of the different H$α$ and H$β$ line profile segments have been investigated. Also, we analyzed the Balmer decrement for whole line and for line segments. We found that the line profiles were strongly changing during the monitoring period, showing blue and red asymmetries. This indicates a complex BLR geometry of NGC 4151 with, at least, three kinematically distinct regions: one that contributes to the blue line wing, one to the line core and one to the red line wing. Such variation can be caused by an accelerating outflow starting very close to the black hole, where the red part may come from the region {closer to the black hole than the blue part, which is coming} from the region having the highest outflow velocities. Taking into account the fact that the BLR of NGC 4151 has a complex geometry (probably affected by an outflow) and that a portion of the broad line emission seems to have not a pure photoionization origin, one can ask the question whether the study of the BLR by reverberation mapping may be valid in the case of this galaxy.

연구 동기 및 목표

• 1996–2006년 동안 NGC 4151의 넓은 H𝛼 및 H𝛽 선형 프로파일의 장기적 변동성을 이해하기 위해.
• 관측된 프로파일 변화가 BLR의 동적 진화에서 기인하는지, 또는 변동하는 흡수와 같은 외부 요인에서 기인하는지 규명하기 위해.
• 선형 프로파일 세그먼트와 발마 감쇠 행동을 분석하여 반사 맵핑의 타당성을 평가하기 위해.
• 특히 2002년 이후 나타나는 '빨간 덩어리'(red bump)의 물리적 기원을 조사하기 위해.
• BLR 운동학과 발광을 형성하는 데 기여하는 광이온화, 충격, 확산류의 기여를 분리하기 위해.

제안 방법

• 11년간 고신호대비잡음비(S/N > 50) 및 고해상도(R ≈ 8 Å) 광학 스펙트럼을 확보하여 NGC 4151를 분석하였다.
• 선형 프로파일 분해를 정밀하게 수행하여 블루 웨이브, 코어, 레드 웨이브 등 별도의 세그먼트에서의 변화를 분석하였다.
• H𝛼 및 H𝛽 프로파일을 비교하여 운동학적 차이를 규명하고, 속도 구간별 발마 감쇠(F(H𝛼)/F(H𝛽))를 평가하였다.
• 선 밝기 및 발마 감쇠를 연속 스펙트럼 밝기와 연관시켜 광이온화에 의해 유도된 발광과 충격에 의해 유도된 발광을 구분하였다.
• 속도 해상도 분석을 통해 독립적으로 변동하는 영역을 식별하여 여러 운동학적 성분이 있음을 밝혔다.
• 변동하는 투과도 및 이온화 파라미터가 선 비율에 미치는 영향을 평가하였으며, 특히 저광도 상태에서의 영향을 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 4151의 H𝛼 및 H𝛽 선형 프로파일에서 관측된 시간에 따라 변화하는 비대칭성과 볼록부는 무엇에 기인하는가?
• RQ2 선형 프로파일 세그먼트(블루 웨이브, 코어, 레드 웨이브)의 변화가 연속 스펙트럼 밝기 변화와 상관이 있는가? 이는 광이온화가 지배적임을 시사하는가?
• RQ3 발마 감쇠가 연속 스펙트럼과 독립적으로 변화하는가? 이는 충격과 같은 비광이온화 발광 메커니즘이 있음을 시사하는가?
• RQ4 단일 광이온화 모델로 BLR 기하학을 설명할 수 있는가, 아니면 다중 운동학적 성분이 필요한가?
• RQ5 복잡한 선 변동성 고려 시, NGC 4151에서 BLR 크기 추정을 위한 반사 맵핑 기법의 타당성은 어느 정도인가?

주요 결과

• 넓은 H𝛼 및 H𝛽 선형 프로파일은 강한 시간 의존적 비대칭성을 보이며, 블루 웨이브와 레드 웨이브가 11년 동안 독립적으로 진화한다.
• 세 개의 운동학적으로 구분되는 성분이 확인되었다: 저연속 스펙트럼 밝기에서의 광이온화 영역(레드 웨이브 및 중심 부분), 블루 웨이브에서의 충격 자극 성분, 고속 확산류/제트 성분(고광도 상태에서 중심 및 레드 부분).
• 발마 감쇠(BD)는 1999–2001년에 최대를 보였고, 2002년 이후 이중 피크 구조를 보이며 비균일한 투과도 또는 변동하는 이온화 조건을 시사한다.
• 선의 FWHM는 연속 스펙트럼 밝기와 상관이 없었으며, 넓은 선들이 단일이고 일관된 광이온화 영역에서 형성되지 않았음을 시사한다.
• 저연속 상태 기간 동안 통합 발마 감쇠가 증가하였으며, 이는 이온화 파라미터 감소와 일치하지만, 고광도 상태에서는 독립적으로 변화하여 비광이온화 기여가 있음을 시사한다.
• 충격 자극 발광 및 확산류 기반 성분의 존재는 NGC 4151의 BLR가 순수하게 광이온화된 것이 아니며, 표준 반사 맵핑의 가정을 도전함을 시사한다.