[논문 리뷰] Spectral optical monitoring of 3C 390.3 in 1995-2007: II. Variability of the spectral line parameters

Luka Č. Popović, A. I. Shapovalova외 7명|arXiv (Cornell University)|2011. 01. 25.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 37인용 수 22

한 줄 요약

이 연구는 1995–2007년 기간 동안 3C 390.3의 넓은 발광선에서의 장기적 광학 스펙트럼 변동성을 분석하여, 이중 피크를 가진 Hα 및 Hβ 프로파일이 내부/외부 반경이 변화하는 디스크 형태의 브로드 라인 영역(BLR)에 의해 가장 잘 설명됨을 밝혀냈다. 발광 영역의 크기와 이온화 구조의 변화를 반영하여 속도와 주기별로 변하는 발레르 감소율(Balmer decrement)은 추가적인 발광이 선 중심에 기여하고 있음을 시사하며, 이는 유입/유출 등 복잡한 역학을 반영하고 있음을 시사한다.

ABSTRACT

A study of the variability of the broad emission-line parameters of 3C390.3, an active galaxy with the double-peaked emission-line profiles, is presented. We give a detail analysis of variation in the broad Ha and Hb profiles, the ratios, and the Balmer decrement of different line segments. Studying the variability of the line profiles we explore the disk structure, that is assumed to emit the broad double-peaked Ha and Hb emission lines. We divided the observed spectra in two periods (before and after the outburst in 2002) and analyzed separately the variation in these two periods. First we analyzed the spectral emission-line profiles of Ha and Hb, measuring the peak positions. Then, we divided lines into several segments, and we measured the line-segment fluxes. The Balmer decrement variation for total Ha and Hb fluxes, as well as for the line segments has been investigated and discussed. We modeled the line parameters variation using an accretion disk model. We compared the variability in the observed line parameters with the disk model predictions and found that the variation in line profiles and in line segments corresponds to the emission of a disk-like BLR. But, also there is probably one additional emission component that contributes to the Ha and Hb line center. We found that the variation in the line profiles is caused by the variation in the parameters of the disk-like BLR, first of all in the inner (outer) radius which can well explain the line parameter variations in the Period I. The Balmer decrement across the line profile has a bell-like shape, and it is affected not only by physical processes in the disk, but also by different emitting disk dimension of the Ha and Hb line. The geometry of the BLR of 3C390.3 seems to be very complex, and inflows/outflows might be present, but it is evident that the broad line region with disk-like geometry has dominant emission.

연구 동기 및 목표

• 라우드 라디오 퀘이사 3C 390.3에서의 넓은 Hα 및 Hβ 발광선 프로파일의 장기적 변동성을 조사하기 위해.
• 이중 피크를 가진 선 프로파일이 디스크 형태의 브로드 라인 영역(BLR)에서 기인하는지 확인하고, 디스크 내 물리적 변화의 영향을 평가하기 위해.
• 선 프로파일 전반에 걸친 발레르 감소율을 분석하고, 속도 및 연속 스펙트럼 유량에 따른 의존성을 평가하기 위해.
• 디스크 모델을 초월하는 추가적인 발광 성분이 선 프로파일에 기여하고 있는지 확인하기 위해.
• 관측된 선 파rameter의 변동성을 적응형 디스크 모델의 예측과 비교하여, 디스크 기하학적 구조 및 역학을 추론하기 위해.

제안 방법

• 13년간의 모니터링 데이터를 2002년 분출 이전의 기간(Peiod I, 1995–2002)과 이후의 기간(Peiod II, 2003–2007)으로 나누었다.
• Hα 및 Hβ 선의 피크 위치와 유량을 측정하였으며, 세부 분석을 위해 각 선을 다수의 속도 영역으로 나누었다.
• 속도 함수로서 총 선 유량 및 개별 선 세그먼트에 대한 발레르 감소율(f(Hα)/f(Hβ))를 계산하였다.
• 내부 및 외부 반경이 변화하는 적응형 디스크 모델을 사용하여 관측된 선 프로파일 및 발레르 감소율의 변동을 모델링하였다.
• 연속 스펙트럼과 선 유량 변동 간의 시간 지연를 결정하기 위해 교차상관 기법(ICCF 및 ZCCF)을 사용하였다.
• 관측된 선 파ram터 및 발레르 감소율의 변동성을 모델 예측과 비교하여, 디스크 구조 및 비디스크 성분의 존재 가능성을 추론하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 3C 390.3의 Hα 및 Hβ 넓은 발광선 프로파일은 13년간의 광학 모니터링 기간 동안 어떻게 변화하는가?
• RQ2 관측된 선 프로파일 변동성의 어느 정도가 디스크 형태의 브로드 라인 영역 기하학적 변화에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ3 2002년 분출 이전 및 이후 기간 동안 관측된 발레르 감소율 행동의 차이를 무엇이 초래하는가?
• RQ4 디스크 형태의 BLR를 초월하는 추가적인 발광 성분이 존재하는가? 만약 존재한다면, 속도 공간에서 그 위치는 어디인가?
• RQ5 디스크 형태의 BLR의 내부 및 외부 반경 변화가 관측된 선 유량 및 프로파일 형상에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• Hα 및 Hβ 선 프로파일은 일관되게 이중 피크를 가지며, 주로 청색 피크가 우세하여 디스크 형태의 BLR 기하학적 구조를 시사한다.
• Period I(1995–2002) 기간 동안의 선 프로파일 변동은 특히 먼 날개 부분에 영향을 미치는 내부 및 외부 반경의 변화에 의해 가장 잘 설명된다.
• Period I의 발레르 감소율(BD)은 연속 스펙트럼 유량 증가와 함께 감소하며, 이는 이온화도나 광학 두께의 변화를 반영하는 것으로 보이며, Period II에서는 거의 일정한 값(~4.5)을 유지한다.
• BD 프로파일은 약 ±6000 km s⁻¹ 부근에 두 개의 속도 의존적 최대값과 중심 근처의 최소값(0 km s⁻¹ 부근)을 가지며, 이 최소값이 ±2000 km s⁻¹ 부근으로 이동함을 보여, 디스크 모델로는 완전히 설명되지 않는 비대칭 발광을 시사한다.
• 모델링 결과, Hα 발광 영역이 Hβ 발광 영역보다 더 넓을 경우, 벨 모양의 BD-속도 프로파일을 재현할 수 있으며, 이는 두 선의 공간 확장이 다를 수 있음을 시사한다.
• 선 중심에 존재하는 중심 피크 및 Period I과 II에서 선 세그먼트의 연속 스펙트럼 유량에 대한 반응 차이를 고려할 때, 주로 디스크 발광을 초월하는 추가적인 발광 성분(유입/유출 또는 디스크 교란에 기인할 가능성 있음)이 존재하는 것으로 나타났다.