[논문 리뷰] The WISSH quasars project VII. The impact of extreme radiative field in the accretion disk and X-ray corona interplay

L. Zappacosta, E. Piconcelli외 15명|arXiv (Cornell University)|2020. 02. 03.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 65인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 초광휘한 블랙홀 활성은하핵(은하핵의 복사광도 L_bol ≳ 10^47 erg s⁻¹)에서 극단적인 복사장이 미치는 영향을 조사하며, 내재된 2–10 keV X선 복사광도(L_2-10)와 CIV 복사선 블루시프트 속도(v_CIV) 사이에 뚜렷한 반비례 관계가 있음을 규명한다. 결과는 빠른 순환원반 바람(v_CIV ≳ 3000 km s⁻¹)이 코로나를 차단함으로써 X선 복사를 억제함을 시사하며, 이는 선기반 또는 MHD 기반 바람 모델이 복사 피드백 메커니즘을 통해 관측된 X선 약화를 설명할 수 있음을 의미한다.

ABSTRACT

Hyperluminous quasars ($L_{ m bol}\gtrsim 10^{47}$ erg s$^{-1}$) are ideal laboratories to study the interaction and impact of extreme radiative field and the most powerful winds in the AGN nuclear regions. They typically exhibit low coronal X-ray luminosity ($L_{ m X}$) compared to the UV and MIR radiative outputs ($L_{ m UV}$ and $L_{ m MIR}$) with a non-negligible fraction of them reporting even $\sim$1 dex weaker $L_{ m X}$ compared to the prediction of the well established $L_{ m X}$-$L_{ m UV}$ and $L_{ m X}$-$L_{ m MIR}$ relations followed by the bulk of the AGN population. We report in our WISE/SDSS-selected Hyperluminous (WISSH) $z=2-4$ broad-line quasar sample, the discovery of a dependence between the intrinsic 2-10 keV luminosity ($L_{ m 2-10}$) and the blueshifted velocity of the CIV emission line ($v_{ m CIV}$) indicative of accretion disc winds. In particular, sources with fastest winds ($v_{ m CIV}\gtrsim 3000~ m km s^{-1}$) possess $\sim$0.5-1 dex lower $L_{ m 2-10}$ than sources with negligible $v_{ m CIV}$. No similar dependence is found on $L_{ m UV}$, $L_{ m MIR}$, $L_{ m bol}$, photon index and absorption column density. We interpret these findings in the context of accretion disc wind models. Both magnetohydrodynamic and line-driven models can qualitatively explain the reported relations as a consequence of X-ray shielding from the inner wind regions. In case of line-driven winds, the launch of fast winds is favoured by a reduced X-ray emission, and we speculate that these winds may play a role in directly limiting the coronal hard X-ray production.

연구 동기 및 목표

• 초광휘한 블랙홀 활성은하핵에서 극단적인 복사장, 순환원반 바람, X선 코로나 복사 간의 상호작용을 이해하기 위해.
• 일부 활성은하핵이 자외선 및 중간적외선 복사에 비해 비정상적으로 낮은 X선 복사광도(L_X)를 나타내는 이유를 조사하기 위해.
• 고복사광도 활성은하핵에서 CIV 넓은 복사선 바람의 속도가 X선 약화와 관련이 있는지 확인하기 위해.
• X선 차단과 같은 바람 기반 피드백 메커니즘이 관측된 L_2-10 – v_CIV 관계를 설명할 수 있는지 시험하기 위해.

제안 방법

• L_bol ≳ 10^47 erg s⁻¹인 z=2–4 범위의 광역 블랙홀 활성은하핵 샘플을 WISE/SDSS를 통해 선별.
• 흡수 보정을 거친 X선 스펙트럼 피팅을 통해 내재된 2–10 keV X선 복사광도(L_2-10)를 측정.
• 순환원반 바람 속도의 지표로 사용되는 CIV 복사선 블루시프트 속도(v_CIV)를 정량화.
• L_2-10와 L_UV, L_MIR, L_bol, 광자 지수, N_H 간의 비교를 통해 의존성의 고립을 시도.
• 관측된 v_CIV와 L_2-10 간의 반비례 관계를 설명하기 위해 선기반 및 MHD 바람 모델을 활용.
• 관측된 운동학적 및 복사광도 경향에 영향을 미칠 수 있는 방향성 효과와 바람 기하학(예: 콘형 유출)을 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초광휘한 블랙홀 활성은하핵에서 CIV 복사선 바람의 속도와 내재된 2–10 keV X선 복사광도 사이에 유의미한 상관관계가 있는가?
• RQ2 왜 일부 초광휘한 블랙홀 활성은하핵은 표준 L_X–L_UV 및 L_X–L_MIR 관계에 비해 예측된 것보다 1 덱세 낮은 X선 복사광도를 나타내는가?
• RQ3 X선 차단과 같은 바람 기반 피드백 메커니즘이 바람 속도와 X선 복사광도 간의 관측된 반비례 관계를 설명할 수 있는가?
• RQ4 순환원반 바람에서 복사력과 자기력이 극단적인 활성은하핵 환경에서 X선 코로나 복사에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 방향성 효과나 바람 기하학이 관측된 L_2-10 – v_CIV 관계의 산란에 어느 정도 기여하는가?

주요 결과

• v_CIV ≥3000 km s⁻¹인 천체는 v_CIV가 미미한 경우에 비해 L_2-10 복사광도가 0.5–1 덱스 낮게 나타난다.
• v_CIV와 L_2-10 간의 반비례 관계는 L_UV, L_MIR, L_bol, 광자 지수, 흡수 열두께(N_H)와는 관찰되지 않으며, 이는 바람 역학과의 특정한 연관성을 시사한다.
• 관측된 관계는 빠른 바람의 내부 영역이 X선을 차단함으로써 발생하는 것으로 일관되며, 이는 빠른 바람이 코로나의 X선 생성을 감소시킴을 의미한다.
• 결과는 선기반 또는 MHD 기반 바람 모델을 지지하며, 이는 원반에서의 복사 피드백이 빠른 유출에서 X선 복사를 제한함을 의미한다.
• v_CIV ≈ 5200 km s⁻¹이고 L_2-10 ≈ (0.3–1)×10^45 erg s⁻¹인 국지적 초광휘한 블랙홀 활성은하핵 PDS 456은 동일한 L_2-10 – v_CIV 관계에 위치하여 고적외선 블랙홀 활성은하핵과의 유사성을 뒷받침한다.
• UFO에서의 X선 변동성(예: PDS 456 및 APM 08279+5255)은 L_2-10 – v_CIV 관계의 관측된 산란에 기여할 수 있으며, 이는 동적인 피드백을 시사한다.