[논문 리뷰] Quasar spectral energy distribution in EUV restored from associated absorbers: indications to the HeII opacity of the quasar accretion disk wind

S. A. Levshakov, Agafonova, I. I.외 3명|arXiv (Cornell University)|2008. 02. 06.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 62인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 고적도 퀘이사의 극초단파(EUV) 스펙트럼 에너지 분포(SED)를 연관된 협소흡착선(NAL) 시스템의 흡착선을 이용해 재구성하며, He ii 라이만 연속체 투과도에 의해 4 라이드 이상의 에너지에서 급격한 강도 저하가 발생하는 것으로 드러난다. 결과적으로, 퀘이사 순환원추적 풍경—특히 차폐 가스—가 이 투과도를 생성하며, He ii 열두께는 약 10¹⁸ cm⁻²이고 H i 열두께는 약 5×10¹⁶ cm⁻²로 추정되며, 이는 간성간 매질 내 He ii 재이온화에 영향을 준다.

ABSTRACT

(abridged) Aims. To reconstruct the spectral shape of the quasar ionizing radiation in the extreme-UV range (1Ryd <= E < 10Ryd) from the analysis of narrow absorption lines (NAL) of the associated systems. Methods. Computational technique for inverse spectroscopic problems - Monte Carlo Inversion augmented by procedure of the spectral shape recovering and modified to account for the incomplete coverage of the light source. Results. The ionizing spectra responsible for the ionization structure of the NAL systems require an intensity depression at E > 4Ryd which is attributed to the HeII Lyman continuum opacity (tau^HeII_c ~ 1). A most likely source of this opacity is a quasar accretion disk wind. The corresponding column density of HI in the wind is estimated as a few times 10^16 cm^-2. This amount of neutral hydrogen should cause a weak continuum depression at lamb <= 912A (rest-frame), and a broad and shallow absorption in HI Ly-alpha. If metallicity of the wind is high enough, other resonance lines of OVI, NeVI-NeVIII, etc. are expected. In the analyzed QSO spectra we do observe broad (stretching over 1000s km/s) and shallow (tau << 1) absorption troughs of HI Ly-alpha and OVI 1031,1037A...

연구 동기 및 목표

• 은하간 및 은하수 흡착으로 인해 접근이 불가능한 고적도 퀘이사의 본질적 극초단파(EUV) 스펙트럼 에너지 분포(SED)를 재구성하는 것.
• 쿼라사 주변 은하와 물리적으로 연관된 연관 협소흡착선(NAL) 시스템 내 이온화 구조를 이끄는 이온화 복사장의 원인을 규명하는 것.
• E > 4 라이드에서 관측된 이온화 연속체의 저하로 나타나는 급격한 강도 차단의 기원을 규명하는 것.
• 쿼라사 순환원추적 풍경이 He ii 라이만 연속체 투과도를 어떻게 생성하는지 및 간성간 매질 내 He II 재이온화에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 흡착 기체 내 정확한 원소 농도를 유도하고, 주변핵 영역과 은하간 영역 간 질소 대 탄소 비율을 비교하는 것.

제안 방법

• 흡착 시스템의 완전한 원천 커버리지가 없음을 고려해 수정된 몬테카를로 역전치법을 적용하여 스펙트럼 형태 복원을 위한 역스펙트로스코픽 문제를 해결하는 방법.
• 2 < z < 3 범위의 퀘이사에서 관측된 네 개의 연관 NAL 시스템을 분석하기 위해 허블 우주망원경과 VLT 쿠엔 텔레스코프의 고해상도 우주선 및 X선 스펙트럼을 사용하는 방법.
• 관측된 C iv, N v, O vi, H i 선의 열두께와 광학적 두께를 맞추어 기저 이온화 SED를 추론하기 위해 광이온화 모델링을 활용하는 방법.
• 이온의 커버링 요인과 열두께를 고정밀도로 추정하여 이온화 연속체 형태의 견고한 재구성을 가능하게 하는 방법.
• 4 라이드에서의 브레이크가 있는지 여부에 따라 파wer-레인지 SED를 비교하여 최적의 이온화 스펙트럼을 도출하며, 이온화율 비율 Γ₁/Γ₂를 진단 도구로 사용하는 방법.
• 분광계에 캘리브레이션된 복사율 스펙트럼을 분석하여 He ii 투과도 가스를 통과하는 퀘이사 복사율의 비율을 평가하고, λ < 912 Å(고정기준)에서 관측된 연속체 저하를 비교하는 방법.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하간 및 은하수 흡착으로 인해 가려진 상태인 고적도 퀘이사의 극초단파(EUV) 영역(1–10 라이드)에서의 본질적 이온화 복사 스펙트럼 형태는 무엇인가?
• RQ2 재구성된 퀘이사 EUV SED에서 E > 4 라이드에서 관측된 강도 저하의 물리적 기원은 무엇인가?
• RQ3 연관 NAL 시스템에서 관측된 He ii 라이만 연속체 투과도는 쿼라사 순환원추적 풍경에 기인한 것으로 볼 수 있으며, 이에 따른 열두께는 무엇인가?
• RQ4 풍경 내 He ii 투과도가 간성간 매질의 이온화 상태에 미치는 영향은 어느 정도이며, 특히 z ≈ 3에서 관측된 불균일한 He II 재이온화와의 관련성은 무엇인가?
• RQ5 원소 농도—특히 N/C 비율—는 쿼라사 주변핵 기체와 은하간 기체 사이에서 어떻게 다를 수 있으며, 이는 금속 농도 증가 메커니즘에 대해 어떤 시사점을 제공하는가?

주요 결과

• 네 개의 고적도 퀘이사의 재구성된 EUV SED는 4 라이드 이상의 에너지에서 급격한 강도 저하를 보이며, He ii 라이만 연속체 투과도가 상당히 높다는 것을 시사한다.
• 이 투과도를 유도하기 위한 He ii 열두께는 약 10¹⁸ cm⁻²로 추정되며, 이는 쿼라사 순환원추적 풍경 존재와 일치한다.
• 풍경 내 H i 열두께는 약 5×10¹⁶ cm⁻²로 추정되며, 이는 λ < 912 Å(고정기준)에서 약한 연속체 저하와 넓고 浅은 H i 라이-알파 흡착선(τ ≪ 1)을 유도할 수 있다.
• 관측 증거로는 넓고 얕은 H i 라이-알파 및 O vi λλ1031,1037 흡착선 특징, J 2233–606 및 HE 2347–4243의 분광계에 캘리브레이션된 스펙트럼에서 λ ≲ 912 Å에서의 연속체 저하가 포함된다.
• 최소한 약 50%의 퀘이사 복사율이 He ii 투과도 가스를 통과하므로, 강도 차단의 강한 각도 의존성이 존재하며, 디스크 회전축에 가까운 각도에서 더 깊은 차단이 관측된다.
• 유사한 금속 농도에서 주변핵 기체의 N/C 농도 비율은 은하간 기체보다 높게 나타나며, 이는 중심부와 외곽부의 서로 다른 초기 질량 함수에 기인한 다를 수 있는 금속 농도 증가 메커니즘을 시사한다.