[논문 리뷰] Spectral optical monitoring of a double-peaked emission line AGN Arp 102B: I. Variability of spectral lines and continuum

A. I. Shapovalova, Luka Č. Popović외 15명|arXiv (Cornell University)|2013. 08. 11.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 1인용 수 18

한 줄 요약

이 연구는 이중피크 방출선 활성은하핵(Arp 102B)의 장기적 광학 스펙트럼 모니터링(1987–2010)을 통해 넓은 선영역(BLR)의 구조를 탐구한다. 교차상관함수와 Lomb-Scargle 주기분석을 사용하여 연속체에 비해 Hβ 방출선에서 약 20일의 지연를 관측하고, 약 1.1×10⁸ M☉의 블랙홀 질량을 추정하며, Hα의 빨간색 대 비청색 흐름비에서 370일 주기성을 발견하여 디스크의 비균일성 또는 궤도를 돈다고 여겨지는 뜨거운 점들을 시사한다.

ABSTRACT

Here we present results of the long-term (1987-2010) optical spectral monitoring of the broad line radio galaxy Arp 102B, a prototype of active galactic nuclei with the double-peaked broad emission lines, usually assumed to be emitted from an accretion disk. To explore the structure of the broad line region (BLR), we analyze the light curves of the broad Hαand Hβlines and the continuum flux. We aim to estimate the dimensions of the broad-line emitting regions and the mass of the central black hole. We use the CCF to find lags between the lines and continuum variations. We investigate in more details the correlation between line and continuum fluxes, moreover we explore periodical variations of the red-to-blue line flux ratio using Lomb-Scargle periodograms. The line and continuum light curves show several flare-like events. The fluxes in lines and in the continuum are not showing a big change (around 20%) during the monitoring period. We found a small correlation between the line and continuum flux variation, that may indicate that variation in lines has weak connection with the variation of the central photoionization source. In spite of a low line-continuum correlation, using several methods, we estimated a time lag for Hβaround 20 days. The correlation between the Hβand Hαflux variation is significantly higher than between lines and continuum. During the monitoring period, the Hβand Hαlines show double-peaked profiles and we found an indication for a periodical oscillation in the red-to-blue flux ratio of the Hαline. The estimated mass of the central black hole is \sim 1.1 imes 10^8 M\odot that is in an agreement with the mass estimated from the M-σ* relation.

연구 동기 및 목표

• 이중피크 방출선 활성은하핵인 Arp 102B의 넓은 선영역(BLR)의 기하학적 구조와 운동을 조사하기 위해.
• 연속체와 넓은 방출선 변화 사이의 시간 지연을 측정하여 BLR 크기와 블랙홀 질량을 추정하기 위해.
• Hα 선의 빨간색 대 비청색 흐름비에서 주기적 변동성을 탐색하여, 원형 방출 디스크 내의 궤도를 돈다고 여겨지는 비균일성의 가능성을 조사하기 위해.
• 연속체와 선 흐름 변화 사이의 상관관계 정도를 평가하여 BLR 내 이온화 메커니즘을 탐색하기 위해.
• 반사 맵핑 기반 블랙홀 질량 추정치를 M–σ* 관계로부터 유도된 값과 비교하기 위해.

제안 방법

• 1987–2010년 기간 동안 장기적 광학 스펙트로스코피를 활용하여 Hα, Hβ 및 연속체 흐름의 광도곡선을 확보하였다.
• 연속체와 방출선 변화 사이의 시간 지연를 측정하기 위해 교차상관함수(CCF) 기법을 적용하였다.
• Hα 및 Hβ의 빨간색 대 비청색 흐름비에 대해 Lomb-Scargle 주기분석을 수행하여 주기적 진동을 탐지하였다.
• 내재된 Baldwin 효과와 이온화 조건을 평가하기 위해 흐름비와 등가폭을 계산하였다.
• 측정된 시간 지연와 선 폭(FWHM(rms))을 이용하여 반사 맵핑 방법을 통해 블랙홀 질량을 추정하였다.
• 반사 맵핑 질량을 M–σ* 관계와 비교하여 추정치의 타당성을 검토하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Arp 102B에서 연속체와 Hβ 방출선 변화 사이의 시간 지연는 무엇이며, BLR 크기에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ2 Hα 선의 빨간색 대 비청색 흐름비에서 주기적 변동성이 있는가? 그 원인은 무엇일 수 있는가?
• RQ3 연속체와 넓은 방출선 흐름 변화 사이의 상관관계는 얼마나 강한가? 이는 이온화 메커니즘에 대해 어떤 시사점을 갖는가?
• RQ4 반사 맵핑을 통해 추정된 중심 블랙홀 질량은 얼마이며, M–σ* 관계와 비교해보면 어떠한가?
• RQ5 이중피크 선형태와 그 변화는 BLR의 원인이 디스크일 가능성을 지지하는가?

주요 결과

• 교차상관함수를 사용하여 연속체와 Hβ 방출선 변화 사이에 약 20일의 지연가 측정되었다.
• Hα 및 Hβ 선은 피크 간격이 약 11,000 km s⁻¹인 이중피크 프로파일을 나타내며, 빠르게 회전하는 원형 방출 디스크를 시사한다.
• Hα의 빨간색 대 비청색 흐름비는 약 370일의 유의미한 주기성을 보이며, 디스크 내 궤도를 돈다고 여겨지는 비균일성 또는 뜨거운 점들을 시사한다.
• 연속체와 선 흐름 변화 사이의 상관관계는 약한 편이다(r ~ 0.3–0.4), 이는 중심 연속체 외의 추가적인 이온화 원인이 존재할 가능성을 시사한다.
• 반사 맵핑 기반 블랙홀 질량은 약 1.1×10⁸ M☉로 추정되었으며, M–σ* 관계로부터 유도된 질량과 양호한 일치를 보였다.
• Hα 선의 rms 프로파일은 청색 날개에서 변동성이 증가하고 중심 피크가 두드러지며, 중심 BLR 성분 또는 비대칭성을 시사할 수 있다.