[논문 리뷰] The WISSH Quasars Project IV. BLR versus kpc-scale winds

G. Vietri, E. Piconcelli외 22명|arXiv (Cornell University)|2018. 02. 09.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 104인용 수 39

한 줄 요약

이 연구는 z ≈ 2–4에서 초광도 블랙홀 은하핵(은하핵)에서 광역선 영역(BLR)과 kpc 스케일 바람 간의 연관성을 조사하며, 이중성 인구를 발견한다: 하나는 강한 [OIII] 바람과 약한 블루시프트된 CIV 선을 가지며, 다른 하나는 [OIII]는 약하지만 CIV 선이 매우 강하게 블루시프트된(최대 8,000 km s⁻¹) 경우이다. 결과는 복사력에 의해 구동되는 바람 모델을 지지하며, 바람 성질이 볼로메트릭 빛의 세기와 이온화 연속선 기울기와 강하게 상관됨을 보여주며, 관측된 바람의 이원성은 기울기와 기하학적 배치가 핵심적인 역할을 한다고 제안한다.

ABSTRACT

We have undertaken a multi-band observing program aimed at obtaining a complete census of winds in a sample of WISE/SDSS selected hyper-luminous (WISSH) QSOs at z~2-4. We have analyzed the rest-frame optical (LBT/LUCI and VLT/SINFONI) and UV (SDSS) spectra of 18 randomly selected WISSH QSOs to measure the SMBH mass and study the properties of winds both in the NLR and BLR traced by blueshifted/skewed [OIII] and CIV emission lines, respectively. These WISSH QSOs are powered by SMBH with masses $\ge$10$^9$ Msun accreting at 0.4

연구 동기 및 목표

• z ≈ 2–4에서 초광도 블랙홀 은하핵의 광역선 영역(BLR)과 좁은선 영역(NLR) 바람 간의 물리적 기원과 연관성을 이해하기 위해.
• 관측된 바람 성질의 이원성(강한 [OIII] 대비 약한 [OIII] 방출)이 본질적 차이에서 기인하는지 아니면 기울기 효과에서 기인하는지 조사하기 위해.
• CIV 방출선의 블루시프트가 볼로메트릭 빛의 세기(L_Bol), 에딩턴 비율(λ_Edd), 및 UV-X선 기울기(α_OX)와 같은 기본 AGN 매개변수에 어떻게 의존하는지 규명하기 위해.
• BLR 바람의 동역학적 및 에너지 부하율을 초고속 바람(UFOs)과 NLR 바람과 비교하여 평가하기 위해.
• 복사력에 의해 구동되는 바람이 이러한 은하핵에서 관측된 CIV 선 프로파일을 형성하는 주요 메커니즘임을 시험하기 위해.

제안 방법

• SMBH 질량 측정 및 방출선 운동학 분석을 위해 18개의 WISE/SDSS 선별 WISSH 은하핵에서 휴대형 적외선 스펙트로미터(LBT/LUCI, VLT/SINFONI) 및 UV(SDSS) 스펙트럼을 확보하였다.
• BLR 및 NLR 바람을 추적하기 위해 CIV λ1549 방출선과 [OIII] λ5007 방출선의 고정 프레임 등가폭(REW) 및 피크 속도 이동(v_CIV^peak)을 측정하였다.
• CIV 블루시프트와의 상관관계를 위해 볼로메트릭 빛의 세기(L_Bol), 에딩턴 비율(λ_Edd), UV-에서-X선 기울기(α_OX)를 주요 AGN 매개변수로 사용하였다.
• 이온화 복사에서 유동 가스로의 동역량 전달을 가정하여, v_CIV^peak가 L_Bol 및 α_OX에 따라 관측된 의존성을 설명하기 위해 복사력에 의해 구동되는 바람 모델을 적용하였다.
• BLR 바람의 동역량 및 운동 에너지 부하율(Ṗ_out / Ṗ_AGN 및 Ė_kin)을 UFO 및 NLR 바람과 비교하여 상대적 효율성을 평가하였다.
• 이온화 구조를 α_OX 매개변수를 사용하여 모델링하여 이온화 연속선의 형태와 고속 바람 유지에 기여하는 역할를 추론하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 강한 [OIII] 바람을 가지는 은하핵과 약한 [OIII]이지만 매우 강하게 블루시프트된 CIV 선을 가지는 은하핵 간의 관측된 이원성은 무엇에 기인하는가?
• RQ2 BLR 바람의 운동학적 성질과 에너지 특성은 NLR 바람 및 초고속 바람(UFOs)과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 CIV 방출선의 블루시프트는 볼로메트릭 빛의 세기와 이온화 연속선의 형태(α_OX)에 얼마나 의존하는가?
• RQ4 기울기 효과와 BLR 바람의 극성 기하학이 관측된 이원적 분포를 설명할 수 있는가?
• RQ5 X선 방출은 유동 가스의 이온화 상태와 속도 조절에 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 표본은 두 개의 구분되는 하위집단을 드러내며, [OIII] 은하핵은 REW_CIV ≈ 20–40 Å이고 v_CIV^peak ≤ 2,000 km s⁻¹이며, 약한 [OIII] 은하핵은 REW_CIV ≤ 20 Å이고 v_CIV^peak는 약 ∼8,000 km s⁻¹까지 가능하다.
• CIV 블루시프트가 볼로메트릭 빛의 세기에 따른 의존성은 v_CIV^peak ∝ L_Bol^0.28±0.04로 표현되며, 이는 복사력에 의해 구동되는 바람 모델과 일치한다.
• v_CIV^peak와 α_OX 사이에 강한 반비례 관계가 발견되어, 더 급격한 이온화 연속선(낮은 X선 방출)이 더 높은 속도의 바람을 유도함을 시사한다.
• BLR 바람의 동역량 부하율은 낮다(Ṗ_out / Ṗ_AGN ≤ 0.1), 이는 약 0.1의 커버링 팩터를 의미하며, 이는 바람 가스의 불연속적이고 극성 기하학적 배치와 일치한다.
• 몇몇 사례에서 BLR 바람은 NLR 바람에서 관측된 것과 유사한 운동 에너지 부하율(Ė_kin ∼ 10^44–45 erg s⁻¹)을 보이며, ISM에 상당한 에너지 주입이 일어남을 시사한다.
• 관측된 경향은 기울기 효과와 BLR 바람의 극성 기하학이 관측된 이원성의 원인임을 지지하며, 이온화 연속선의 형태(α_OX)가 CIV 선 이동의 주요 원인임을 시사한다.