[논문 리뷰] VLT/ISAAC Spectra of the H-beta Region in Intermediate-Redshift Quasars II. Black Hole Mass and Eddington Ratio

J. W. Sulentic, P. Repetto외 4명|ArXiv.org|2006. 06. 13.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 5인용 수 37

한 줄 요약

이 연구는 VLT/ISAAC Hβ 스펙트럼을 사용하여 약 300개의 중간 적색이동 준성층에서 블랙홀 질량과 에딩턴 비율을 유도하며, 비틀림 보정된 FWHM(Hβ) 측정을 통해 비틀림 질량 추정치를 향상시킨다. 보정된 후에는 극도로 큰 블랙홀 질량(log M_BH > 10)은 가능성이 낮고, 시선 방향 효과를 보정한 후에는 초에딩턴 방출자에 해당하는 상당한 인구가 존재하지 않는 것으로 나타났다.

ABSTRACT

We derive black hole masses for a sample of about 300 AGNs in the redshift range 0 < z < 2.5. We use the same virial velocity measure (FWHM Hbeta broad component) for all sources which represents a significant improvement over previous studies. We review methods and caveats for determining AGN black hole masses via the virial assumption for motions in the gas producing low ionization broad emission lines. We derive a corrected FWHM measure for the broad component of H-beta that better estimates the virialized line emitting component by comparing our FWHM measures with a sample of reverberated sources with H-beta radial velocity dispersion measures. We also consider the FWHM of the FeII 4570 blend as a potential alternative velocity estimator. We find a range of black hole mass between log M ~ 6 - 10, where the black hole mass M is in solar masses. Estimates using corrected FWHM, as well as FWHM(Fe II) measures, reduce the number of sources with log M > 9.5 and suggest that extremely large M values (log M >~ 10) may not be realistic. Derived Eddington ratio values values show no evidence for a significant population of super-Eddington radiators especially after correction is made for sources with extreme orientation to our line of sight. Sources with FWHM(Hbeta broad component)

연구 동기 및 목표

• 비틀림 보정된 FWHM(Hβ) 측정치를 적용하여 중간 적색이동 준성층의 블랙홀 질량 추정치를 향상시키기 위해, 비틀림 운동 영역 성분을 더 잘 분리하는 데 목적이 있다.
• AGN에서 Hβ와 Fe ii λ4570의 속도 추정치로서 비틀림 가정의 신뢰성을 평가하기 위해.
• 특히 초에딩턴 방출자 존재 여부를 검증하기 위해, 블랙홀 질량과 에딩턴 비율의 분포를 조사하기 위해.
• 원천의 방향과 선형 프로파일 비대칭성이 질량 및 빛의 세기 추정치에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• Hβ 프로파일 내 비비틀림 성분을 고려하여 블랙홀 질량의 체계적 과대추정을 줄이기 위해.

제안 방법

• 0 < z < 2.5 범위의 300개의 AGN에서 VLT/ISAAC 스펙트럼을 사용하여 Hβ 발광의 FWHM(Hβ)를 측정하여 질량 추정에 활용한다.
• 반복 맵핑된 자료와 비교하여 유도된 보정된 FWHM(Hβ) 측정치를 적용하여 비틀림 운동 영역 성분을 분리한다.
• Hβ 기반 질량와의 일관성을 시험하기 위해 FWHM(Fe ii λ4570)를 대체 속도 추정치로 고려한다.
• virial 질량 공식 M_BH = f × v² × r_BLR / G를 사용하며, r_BLR는 λLλ(5100 Å)를 사용하여 추정하고, r_BLR ∝ (λLλ)^α (α ≈ 0.67)의 비례 관계를 적용한다.
• 5100 Å 영역에서의 휴지 상태 빛의 세기에서 L/L_Edd를 추정하기 위해 10의 볼로메트릭 보정 인자를 사용한다.
• ΛCDM 우주론에서 K보정 및 빛의 세기 거리 계산을 수행하여 절대 등급과 빛의 세기를 유도한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 보정된 FWHM(Hβ)를 사용할 때 중간 적색이동 준성층에서 블랙홀 질량의 진정된 분포는 무엇인가?
• RQ2 극도로 큰 블랙홀 질량(log M_BH ≥ 10)은 물리적으로 현실적인가, 아니면 보정되지 않은 선형 프로파일 비대칭성의 산물인가?
• RQ3 초에딩턴 비율로 방출하는 상당한 인구가 존재하는가? 그리고 방향이 이 추정치에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 virial 질량 측정에 있어 FWHM(Fe ii λ4570)와 FWHM(Hβ)는 어떤가 비교되는가?
• RQ5 인구 B 소스에서 붉은 색이 이동하거나 비대칭적인 Hβ 프로파일이 질량과 에딩턴 비율 추정치에 얼마나 큰 편향을 유도하는가?

주요 결과

• 블랙홀 질량은 log M_BH ≈ 6.0에서 10.0 태양질량 사이에 분포되어 있으나, 보정된 FWHM(Hβ)를 적용하면 log M_BH > 9.5인 소스의 수가 감소하여 극도의 질량(log M_BH ≥ 10)은 불가능하다는 것을 시사한다.
• Fe ii λ4570 블렌드는 일관된 대체 속도 추정치를 제공하며, Hβ 기반 질량의 신뢰성을 뒷받침한다.
• 초에딩턴 방출자에 해당하는 상당한 인구는 보정된 시선 방향 효과를 고려한 후에는 발견되지 않았으며, 이는 이전에 L/L_Edd를 과대평가할 수 있음을 시사한다.
• FWHM(Hβ) < 4000 km s⁻¹인 소스는 더 넓은 선을 가진 AGN보다 체계적으로 더 높은 L/L_Edd와 낮은 M_BH를 보이며, 이는 다른 적응 또는 기하학적 성질을 시사한다.
• 이 연구는 Hβ가 C IV와 같은 고이온화 선보다 비틀림 운동을 더 잘 반영함을 확인하였으며, 이는 일반적으로 외부 흐름으로 인해 블루시프트와 비대칭성을 보이기 때문이다.
• 보정된 FWHM(Hβ) 측정치는 선형 프로파일 내 비비틀림 성분의 오염을 최소화함으로써 질량 추정치를 크게 향상시킨다.