[논문 리뷰] Spectral optical monitoring of 3C390.3 in 1995-2007: I. Light curves and flux variation of the continuum and broad lines

A. I. Shapovalova, Luka Č. Popović외 10명|arXiv (Cornell University)|2010. 03. 10.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 59인용 수 32

한 줄 요약

이 연구는 1995–2007년 동안 폭넓은 선도 방사선은 피로 3C 390.3의 12년간의 광학 스펙트럼 모니터링 캠프에 대해 연속 스펙트럼 및 넓은 Hα/Hβ 선의 광도 곡선, 시간 지연, 프로파일 변화를 분석한다. 연속 스펙트럼과 Hβ 흡수 간에 95일 지연, Hα에 대해선 120일 지연가 관측되었으며, 디스크 유사 BLR 구조와 추가적인 비디스크 성분이 존재하는 증거가 제시되어 초거대 블랙홀 근처에서 복잡하고 층상으로 된 방출 영역을 지지한다.

ABSTRACT

Here we present the results of the long-term (1995-2007) spectral monitoring of the broad line radio galaxy \object{3C~390.3}, a well known AGN with the double peaked broad emission lines, usually assumed to be emitted from an accretion disk. To explore dimensions and structure of the BLR, we analyze the light curves of the broad H$α$ and H$β$ line fluxes and the continuum flux. In order to find changes in the BLR, we analyze the H$α$ and H$β$ line profiles, as well as the change in the line profiles during the monitoring period. First we try to find a periodicity in the continuum and H$β$ light curves, finding that there is a good chance for quasi-periodical oscillations. Using the line shapes and their characteristics (as e.g. peaks separation and their intensity ratio, or FWHM) of broad H$β$ and H$α$ lines, we discuss the structure of the BLR. Also, we cross-correlate the continuum flux with H$β$ and H$α$ lines to find dimensions of the BLR. We found that during the monitoring period the broad emission component of the H$α$ and H$β$ lines, and the continuum flux varied by a factor of $\approx $4-5. Also, we detected different structure in the line profiles of H$α$ and H$β$. It seems that an additional central component is present and superposed to the disk emission. In the period of high activity (after 2002), H$β$ became broader than H$α$ and red wing of H$β$ was higher than the one of H$α$. We found time lags of $\sim$95 days between the continuum and H$β$ flux, and about 120 days between the continuum and H$α$ flux. Variation in the line profiles, as well as correlation between the line and continuum flux during the monitoring period is in the favor of the disk origin of the broad lines with the possible contribution of some additional region and/or some kind of perturbation in the disk.

연구 동기 및 목표

• 장기 스펙트럼 모니터링을 통해 방사선이 강한 활성은하핵(AGN) 3C 390.3의 넓은 선도 영역(BLR)의 기하학적 구조와 역학을 조사하기 위해.
• BLR 크기와 구조를 추정하기 위해 연속 스펙트럼과 넓은 선도 방출선 변화 간의 시간 지연을 결정하기 위해.
• Hα 및 Hβ 선 프로파일의 변화를 분석하여 선도 방출에 기여하는 디스크 유사 구조와 비디스크 성분의 기여도를 평가하기 위해.
• 광도 곡선에서 관측된 준주기 진동(QPOs)이 디스크 불안정성 또는 제트 활동과 관련이 있는지 테스트하기 위해.

제안 방법

• 1995년부터 2007년까지의 연속 스펙트럼, Hβ, Hα 넓은 방출선 흡수의 장기 광도 곡선을 구축하였다.
• 연속 스펙트럼과 선 흡수 변화 간의 시간 지연를 측정하기 위해 교차상관함수(CCF) 분석을 적용하였다.
• BLR의 운동학적 특성과 기하학적 특성을 추론하기 위해 선 프로파일 형태, 특히 피크 간격, 강도 비율, FWHM를 분석하였다.
• 연속 스펙트럼과 Hβ 광도 곡선에 대해 푸리에 및 자기상관 기법을 사용하여 준주기 진동(QPO) 탐지를 수행하였다.
• BLR 내의 대칭성과 운동 패턴을 평가하기 위해 파랑 및 빨간 선 날개의 변화를 비교하였다.
• 측정된 시간 지연를 바탕으로 관계식 R = c × τ를 사용하여 BLR의 크기를 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 3C 390.3에서 연속 스펙트럼과 넓은 Hβ 방출 간의 시간 지연는 얼마이며, 이는 BLR 크기와 기하학적 특성에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ2 Hα 및 Hβ 선 프로파일은 시간이 지남에 따라 어떻게 변화하며, 이는 BLR의 운동학적 특성에 대해 무엇을 드러내는가?
• RQ3 연속 스펙트럼과 선 광도 곡선에 준주기 진동(QPOs)이 존재하는가, 그 기원은 무엇일 수 있는가?
• RQ4 넓은 방출선은 디스크 유사 구조에서 발생하는가, 아니면 추가적인 성분(예: 기체 분출 또는 제트 관련 방출)이 관측된 선 프로파일을 설명하기 위해 필요한가?
• RQ5 3C 390.3에서 이온화 연속 스펙트럼과 옵티컬 선 방출 간의 관계는 무엇인가?

주요 결과

• 1995–2007년 모니터링 기간 동안 넓은 Hβ 및 Hα 방출선과 연속 스펙트럼 흡수는 약 4–5배 정도 변화하였다.
• 연속 스펙트럼과 넓은 Hβ 방출선 흡수 변화 간에 약 95일의 시간 지연가 측정되었으며, 이는 이전 연구들과 일치하였다.
• 연속 스펙트럼과 Hα 선 흡수 변화 간에 약 120일의 더 긴 시간 지연가 관측되어 BLR 내의 가능성 있는 층상 구조를 시사하였다.
• Hβ 및 Hα의 파랑 날개와 빨간 날개, 핵심 부분 간에 유의미한 지연가 없음을 고려할 때, BLR 내에서 주로 원형 운동을 하는 디스크 유사 구조가 존재하는 것으로 나타났다.
• 2002년 이후 활동이 높은 기간 동안 Hβ 선은 더 넓어지고 빨간 날개가 Hα보다 더 강해졌으며, 이는 BLR 구조의 변화를 나타내었다.
• Hβ 및 연속 스펙트럼 광도 곡선에서 약 10년 주기의 준주기 진동(QPOs)이 관측되었으며, 이는 디스크 불안정성 또는 제트 활동과 관련이 있을 수 있다.