[논문 리뷰] Multi-wavelength study of the gravitational lens system RXS J1131-1231: III. Long slit spectroscopy: micro-lensing probes the QSO structure

Dominique Sluse, Jean-François Claeskens외 2명|ArXiv.org|2007. 03. 01.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 44인용 수 49

한 줄 요약

이 연구는 중력 렌즈 효과를 겪는 활성은하핵 RXS J1131-1231의 장선광도를 이용해 브로드라인 영역(BLR)과 발광 영역의 구조를 마이크로렌즈 효과를 통해 탐구한다. 렌즈된 이미지들 간의 차별적 증폭을 분석함으로써, Mg II 발광선의 매우 넓은 성분은 약 ~1000 슈바르츠실트 반경의 밀집된 영역에서 기인하며, Fe II 발광은 주로 외부 BLR에서 발생하고 4630–4800 Å 범위에 밀집된 성분이 존재한다. [O III] 희박선 영역은 공간적으로 해상되어 있으며, 최소 크기 약 ~110h⁻¹ pc를 가짐을 시사한다.

ABSTRACT

(ABRIDGED) Aims: We discuss and characterize micro-lensing among the 3 brightest lensed images (A-B-C) of the gravitational lens system RXS J1131-1231 (a quadruply imaged AGN) by means of long slit optical and NIR spectroscopy. Qualitative constraints on the size of different emission regions are derived. Methods: We decompose the spectra into their individual emission components using a multi-component fitting approach. A complementary decomposition of the spectra enables us to isolate the macro-lensed fraction of the spectra independently of any spectral modelling. Results: -1. The data support micro-lensing de-amplification of images A and C. Not only is the continuum emission microlensed in those images but also a fraction of the Broad Line emitting Region (BLR).-2. Micro-lensing of a very broad component of MgII emission line suggests that the corresponding emission occurs in a region more compact than the other components of the emission line. -3. We find evidence that a large fraction of the FeII emission arises in the outer parts of the BLR. We also find very compact emitting region in the ranges 3080-3540 A and 4630-4800 A that is likely associated with FeII. -4. The OIII narrow emission line regions are partly spatially resolved. This enables us to put a lower limit of 110h^{-1} pc on their intrinsic size. -5. Analysis of MgII absorption found in the spectra indicates that the absorbing medium is intrinsic to the quasar, has a covering factor of 20%, and is constituted of small clouds homogeneously distributed in front of the continuum and BLRs. -6. Two neighbour galaxies are detected at redshifts z=0.10 and z=0.289. These galaxies are possible members of galaxy groups reported at those redshifts.

연구 동기 및 목표

• 마이크로렌즈를 탐사도구로 사용하여 렌즈 효과를 겪는 활성은하핵 RXS J1131-1231의 브로드라인 영역(BLR)과 발광 영역의 공간적 구조를 조사하기 위해.
• 렌즈된 이미지들 사이의 차별적 마이크로렌즈 분석을 통해 다양한 발광 성분(예: Mg II, Fe II, 발머선, [O III])의 크기와 운동학적 특성을 규명하기 위해.
• 마이크로렌즈 행동을 분석함으로써 활성은하핵 내 본질적 흡수체의 기하학적 구조와 커버링 인자(covering factor)를 제약하기 위해.
• 마이크로렌즈에 의한 복사율 변동을 통해 희박발광 영역(NLRs)의 공간적 확장을 평가하기 위해.
• Fe II 발광의 기원을 스펙트럼 성분들 간의 마이크로렌즈 서명을 비교함으로써 규명하기 위해.

제안 방법

• 렌즈된 이미지 전반에 걸쳐 2400–6900 Å 범위의 고유 프레임에서 분광 성분을 해상하기 위해 가시광선 및 근적외선 대역에서 장선광도를 확보하였다.
• 연속기, 브로드라인 발광선(예: Hβ, Mg II), Fe II 블렌드, 희박선(예: [O III], [Ne V])을 분해하기 위해 다성분 스펙트럼 피팅 기법을 적용하였다.
• 보조적인 분해 기법을 통해 매크로렌즈 성분을 스펙트럼 모델링과 별도로 분리함으로써 마이크로렌즈 효과를 청소된 상태로 분리할 수 있도록 하였다.
• 세 개의 가장 밝은 이미지(A, B, C) 간의 발광선 및 연속기 복사율 비율을 비교함으로써 마이크로렌즈 서명을 식별하였으며, 이미지 D는 기준으로 사용되었다.
• 다른 영역 간의 차별적 마이크로렌즈 정도를 통해 발광 영역의 크기를 추론하였는데, 더 밀집된 영역일수록 더 강한 증폭 차이를 보였다.
• Mg II 흡수 双성선의 차별적 마이크로렌즈를 이용해 흡수 클라우드의 커버링 인자와 공간 분포를 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Mg II 브로드 발광선 영역의 공간적 확장은 어떻게 되며, 그 매우 넓은 성분은 밀집된 영역에서 기인하는가?
• RQ2 Fe II 발광은 BLR의 내측 또는 외측에서 주로 생성되는가?
• RQ3 마이크로렌즈 효과로 [O III] 희박발광 영역의 공간적 구조를 해상할 수 있으며, 그 최소 내재 크기는 얼마인가?
• RQ4 활성은하핵의 흡수 매체는 본질적인가, 그리고 BLR와 연속기 원천 전반에 균일하게 분포되어 있는가?
• RQ5 브로드발광선의 다양한 성분(예: 발머선 대비 Mg II)은 동일한 운동학적 구조에서 기인하는가?

주요 결과

• Mg II 발광선의 매우 넓은 성분은 이미지 A와 C에서 마이크로렌즈 효과를 겪었으며, 이는 약 1000 슈바르츠실트 반경 크기의 밀집된 영역에서 기인함을 시사한다.
• Fe II 발광의 상당 부분은 BLR의 외부 영역에서 기인하며, 고유 프레임 4630–4800 Å 범위에 밀집된 성분이 확인되었다.
• 3080–3540 Å 범위에서 마이크로렌즈된 허위 연속기 발광은 Fe II 발광과 관련이 있을 가능성이 높으며, 이 성분의 기원이 밀집되어 있음을 시사한다.
• [O III] λλ4959,5007 희박발광 영역은 공간적으로 해상되었으며, 내재 크기의 하한값으로 약 ~110h⁻¹ pc를 제공한다.
• Mg II 흡수 이중선은 활성은하핵에 본질적인 것으로 밝혀졌으며, 커버링 인자는 약 ~20%이며, 균일한 마이크로렌즈 반응은 흡수 클라우드의 균일한 공간 분포와 광학적 깊이를 나타낸다.
• BLR의 차별적 마이크로렌즈 분석은 발광 영역의 크기가 발광선 성분의 전체 폭 반폭(FWHM)과 반비례함을 확인한다.