[논문 리뷰] The distance scale and Eddington efficiency of luminous quasars

P. Teerikorpi|ArXiv.org|2005. 10. 13.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 거리에 영향을 받지 않는 반사 맵핑 캘리브레이션을 통해 블랙홀 질량 $M_{\text{BH}}$ 는 영향을 받지 않지만 허블 상수 $H_0$ 에 영향을 받는 Eddington 비율 $L/L_{\text{Edd}}$ 를 이용하여 빛나는 활성 은하핵(quasars)을 활용해 $H_0$ 를 제약하는 새로운 방법을 제안한다. 주요 결과로는 고적색 이동 우주에서 $L_{\text{bol}} \leq L_{\text{Edd}}$ 라는 가정이 $H_0 > 45\,\text{km/s/Mpc}$ 를 암시하며, 국소적 거리 계단(distance ladder)에 의존하지 않는 우주론적으로 독립적인 접근을 제공한다.

ABSTRACT

The relation between the central mass and quasar luminosity (M_BH \propto L^αFHWM^2) links a given Eddington ratio with a value of H_0, within a cosmology with fixed (Ω_m,Ω_Λ). We point out that because the relation is calibrated at low z using distance independent reverberation mapping to get the BLR size, the derived M_BH interestingly does not depend on H_0, while L/L_Edd is sensitive to H_0, but rather robust to changes of Ω_Λ in the standard flat model. This means, e.g., that enough of extragalactic objects radiating at the Eddington limit could be used to study the global Hubble constant in a new way, bypassing the local distance ladder. The method could become practical when systematic errors in derived M_BH are understood and objects with L /leq L_Edd can be independently identified. As an illustration, if we take a sample of tranquil very luminous quasars in the redshift range 0.5 < z < 1.6, and assume that they are radiating with L_bol \leq L_Edd, then the usual numeric factors used for calculating M_BH and L_bol would lead to the result that the Hubble constant must be larger than 45 km/s/Mpc.

연구 동기 및 목표

• 활성 은하핵의 Eddington 효율과 전반적인 거리 척도 간의 관계를 탐색한다.
• 고적색 이동에서 Eddington 한계에 가까운 빛나는 활성 은하핵이 독립적인 거리 지표로 사용될 수 있는지 평가한다.
• 이 방법이 우주론적 파라미터 변화와 체계적 오차에 대해 얼마나 견고한지 평가한다.
• 고적색 이동 활성 은하핵이 $L_{\text{Edd}}$ 를 초과하지 않는다는 가정 하에 $H_0$ 의 하한을 유도한다.

제안 방법

• 거리에 영향을 받지 않는 반사 맵핑 캘리브레이션을 통해 $H_0$ 의 영향을 받지 않는 방식으로 $M_{\text{BH}}$ 를 유도하기 위해 $R_{\text{BLR}}$–$L$ 관계를 사용한다.
• 표준 $M_{\text{BH}} \propto L^{\alpha} \times \text{FWHM}^2$ 관계를 $\alpha \approx 0.5$ 에서 $0.7$ 사이로 적용하여 블랙홀 질량을 추정한다.
• Eddington 비율 $L/L_{\text{Edd}} \propto h^{-2}$ 를 계산하며, 여기서 $h = H_0 / 100$ 이며 $H_0$ 에 민감함을 보인다.
• 평탄한 $\Lambda$CDM 모델($\Omega_m = 0.3$, $\Omega_\Lambda = 0.7$)에서 공면 거리와 광도 거리에 대해 우주론적 보정을 적용한다.
• 관측된 활성 은하핵 샘플($0.5 < z < 1.6$, $M_{\text{min}} < -25.5$, $L_{\text{bol}} \leq L_{\text{Edd}}$)을 사용하여 $H_0$ 의 범위를 유도한다.
• $\Omega_\Lambda$ 와 $\alpha$ 에 대한 민감도 테스트를 수행하여 $L/L_{\text{Edd}}$ 에 미치는 영향이 미미함을 보였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Eddington 한계에 가까운 활성 은하핵이 국소적 거리 계단에 의존하지 않고 $H_0$ 를 제약하는 데 사용될 수 있는가?
• RQ2 반사 맵핑 캘리브레이션 방법이 주어졌을 때, $M_{\text{BH}}$ 는 영향을 받지 않지만 $L/L_{\text{Edd}}$ 는 왜 $H_0$ 에 민감한가?
• RQ3 $\Omega_\Lambda$ 와 $R_{\text{BLR}}$–$L$ 관계의 지수 $\alpha$ 가 변화할 경우 $H_0$ 제약은 얼마나 견고한가?
• RQ4 고적색 이동 활성 은하핵이 $L_{\text{bol}} \leq L_{\text{Edd}}$ 를 초과하지 않는다고 가정할 경우 $H_0$ 의 하한은 무엇이 되는가?
• RQ5 $M_{\text{BH}}$ 와 $L_{\text{bol}}$ 추정의 체계적 오차가 이 방법을 무효화할 수 있는가?

주요 결과

• Eddington 비율 $L/L_{\text{Edd}}$ 는 $h^{-2}$ 와 비례하여 $H_0$ 에 민감한 반면, 거리에 영향을 받지 않는 반사 맵핑 캘리브레이션 덕분에 $M_{\text{BH}}$ 는 $H_0$ 와 독립적이다.
• 0.5 < z < 1.6 이고 $L_{\text{bol}} \leq L_{\text{Edd}}$ 인 빛나는 활성 은하핵 샘플에 대해 표준 질량 및 빛의 세기 캘리브레이션은 $H_0 > 45\,\text{km/s/Mpc}$ 를 암시한다.
• $\Omega_\Lambda$ 를 $\pm 0.15$ 범위에서 변화시켜도 $L/L_{\text{Edd}}$ 는 작은 변화만을 보이며, 지수 $\alpha \approx 0.5$ 에서 $0.7$ 사이에서의 영향도 미미하다.
• $f$-요소, $\alpha$, $L_{\text{bol}}$ 추정의 체계적 오차는 실용적 적용에 있어 주요 장애물로 남아 있다.
• $R_{\text{BLR}}$–$L$ 관계가 거리가 아닌 빛의 세기에 기반하여 캘리브레이션되기 때문에 Malmquist 편향을 피할 수 있다.
• 이 방법은 국소적 거리 계단에 의존하지 않으며 전반적인 허블 흐름을 탐색하므로 $H_0$ 결정에 대한 보완적인 접근을 제공한다.