[论文解读] Is BL Lacertae an "orphan" AGN? Multiband and spectroscopic constraints on the parent population

A. Capetti, C. M. Raiteri+1 more|Apr 13, 2010

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 69被引用 23

一句话总结

本研究调查了BL Lacertae（一个典型的耀变体）是否为一个在本地宇宙中无明显母体星系的‘孤儿’活动星系核（AGN）。利用意大利国家伽利略望远镜（Telescopio Nazionale Galileo）获取的多波段和光谱数据，研究发现BL Lacertae的Hα宽线发射线流量在十年间增加了约50%，表明其演化过程中可能正处于一个瞬变阶段。其由星系核球亮度推算出的黑洞质量（4–6×10⁸ M☉）与通过光谱维里法估算出的低得多的质量（低20–30倍）之间存在显著差异，暗示宽线区可能处于低亮度状态，可能由近期的吸积事件引起。该源的窄线和射电性质与微型射电星系相似，但这些星系缺乏BLR，意味着BL Lacertae可能正处于一种罕见且短暂的演化阶段，目前尚未在其他AGN中观测到。

ABSTRACT

We have analysed optical spectra of BL Lacertae, the prototype of its class, to verify the presence and possible flux variations of its broad Ha line. We used the spectroscopic information also to investigate the question of its parent population. Four spectra were acquired at the TNG in 2007-2008, when the source was in a relatively faint state. In three cases we were able to measure the broad Ha and several narrow emission lines. A comparison with previous results suggests that the broad Ha has increased by ~50% in ten years, a change not unusual for Broad Lined AGN. We estimated a black hole mass for BL Lac of 4-6 10^8 solar masses from its relation with the bulge luminosity. The virial mass estimated from the spectroscopic data is instead 20-30 times smaller. We suggest that this discrepancy is due to the BL Lac BLR being underluminous. Finally, we addressed the problem of the BL Lac parent population, comparing its isotropic quantities with those of other AGN classes. From the point of view of the narrow emission line spectrum, the source locates close to low-excitation radio galaxies. When also considering its diffuse radio power, an association with FRI radio galaxies is severely questioned due to the lower radio luminosity (at give line luminosity) of BL Lac. The narrow line and radio luminosities of BL Lac instead match those of a sample of miniature radio galaxies, which however do not show a BLR. Yet, if existing, "misaligned BL Lac" objects should have entered that sample. We also rule out the possibility that they have been excluded because of a QSO optical appearance. The observational constraints suggest that BL Lac is caught in a short term transient stage, which does not leave a detectable evolutionary "trace" in the AGN population. We speculate on a scenario that can account for the observed properties. [ABRIDGED]

研究动机与目标

• 确定BL Lacertae是否为一个在本地宇宙中无明显母体星系的‘孤儿’AGN。
• 探究宽Hα发射线的起源及其随时间的流量变化。
• 调和通过核球光度估算的黑洞质量与通过光谱维里法得出的质量之间的差异。
• 评估BL Lacertae在诊断图中的位置，并将其窄线和射电性质与其他AGN类型进行比较。
• 评估该源的性质是否与瞬变演化阶段一致，而非稳定、长期存在的状态。

提出的方法

• 利用3.58米意大利国家伽利略望远镜（TNG）上的DOLORES光谱仪，在2007–2008年期间的四个夜晚获取了BL Lacertae的低分辨率和高分辨率光学光谱。
• 通过多组高斯分量拟合复杂的Hα光谱区域，以测量宽线和窄线的流量。
• 将当前的宽Hα流量与十一年前的先前测量值进行比较，以评估其变化性。
• 利用M–L_bulge关系估算黑洞质量，并与基于线宽和连续谱光度的维里质量进行比较。
• 分析窄线谱线比（[O III]/Hβ、[N II]/Hα、[S II]/Hα、[O I]/Hα），以在诊断图中对BL Lacertae进行分类。
• 将窄线和射电的各向同性光度与低激发星系（LEG）、微型射电星系以及FR I/II型射电星系进行比较，以识别潜在的母体星系。

实验结果

研究问题

• RQ1 BL Lacertae中的宽Hα发射线在长时间尺度上是否保持稳定，还是经历了显著的流量变化？
• RQ2 为何BL Lacertae的维里黑洞质量估算值远低于由M–L_bulge关系推算出的质量？
• RQ3 在FR I型射电星系、微型射电星系和低激发星系中，哪一类最符合BL Lacertae的窄线和射电光度特性？
• RQ4 BL Lacertae的观测性质是否可用瞬变演化阶段而非稳定、长期存在的状态来解释？
• RQ5 在现有的微型射电星系样本中是否存在缺失的‘非轴对齐’BL Lacertae类天体？若存在，为何未被发现？

主要发现

• BL Lacertae的宽Hα流量在十年间增加了约50%，表明宽线区（BLR）或电离连续谱近期发生了变化。
• 由M–L_bulge关系估算的黑洞质量为4–6×10⁸ M☉，而维里质量估算值低了20–30倍，表明宽线区存在显著的发光不足。
• BL Lacertae的窄线谱线特征使其在使用[O III]/Hβ和[N II]/Hα比值的诊断图中，与低激发射电星系（LEG）极为接近。
• 尽管其窄线光度与微型射电星系匹配，但BL Lacertae的弥散射电光度至少比典型高激发星系（HEG）低100倍，排除了其与FR II型星系的直接关联。
• 微型射电星系中缺乏BLR，表明若‘非轴对齐’的BL Lacertae类天体存在，它们应出现在此类样本中——但未发现此类天体，暗示其可能为瞬态现象。
• 该源的延展射电发射（约10 kpc，速度约为0.1c）表明其已活动至少约3×10⁵年，排除了其为新生AGN的可能性。