[論文レビュー] Off-Axis Energy Generation in Active Galactic Nuclei: Explaining Broad-Line Profiles, Spectropolarimetric Observations, and Velocity-Resolved Reverberation Mapping

C. M. Gaskell|arXiv (Cornell University)|Aug 5, 2010

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 9被引用数 12

ひとこと要約

この論文は、活動銀河核（AGN）における非軸対称で軸外のエネルギー生成が、ブロードライン領域（BLR）物理学における多様な観測的謎を説明すると提案している。BL-RESPコードとGaskell-Klimek-Nazarova（GKN）BLRモデルを用いて、変動する軸外照光が、非対称な線幅、複雑なリバーブベーション遅れ、速度依存の偏光、一貫性のない線の変動を自然に説明できることを示している。これは、観測角度以外にAGNに根本的な違いを必要としない。

ABSTRACT

It is shown that broad-line region (BLR) line profiles ranging from the classic "logarithmic" profile to double-peaked, disk-like profiles are readily explained by the distribution of BLR gas proposed by Gaskell, Klimek, & Nazarova (2007; GKN) without any need to invoke fundamental differences in the AGNs other than differing viewing angles. It is argued that the highly-variable thermal energy generation in AGNs originates off axis in regions that cannot be axially symmetric. This off-axis model readily explains the varying degrees of temporal correlation found in multi-wavelength variability studies, the strong, variable asymmetry of BLR line profiles, the varying time delays in the response of the BLR to different continuum events, how narrow velocity ranges of line profiles will often appear to respond differently or not at all to continuum variability, complex changes in the Balmer decrement with velocity, inconsistent and variable inflow/outflow signatures found in velocity-resolved reverberation mapping, the diversity of velocity-dependent polarizations observed, and polarization variability. The fundamentally non-axisymmetric nature of AGN continuum variability severely limits what can be learned from reverberation mapping. In particular, high-fidelity reverberation mapping is not possible. There will be systematic orientation-dependent errors in black hole mass determinations. The effects of off-axis emission will mask subtle signatures of possible close supermassive black hole binaries. Some tests of the off-axis-variability model are proposed.

研究の動機と目的

• 長年の懸案事項であるAGNのブロードライン領域（BLR）観測における非対称な線幅や変動するリバーブベーション遅れの謎を解消すること。
• 標準的なリバーブベーションマッピングを支える軸対称的連続スペクトル変動の仮定に疑問を呈すること。
• 一つのBLR幾何構造と軸外照光によって、さまざまなAGNにおける多様なBLR現象を説明できることを示すこと。
• 軸外変動がブラックホール質量測定における系統的誤差を引き起こし、二重ブラックホールのような微細な兆候を隠す可能性があること。
• 速度分解スペクトロポラリメトリーと時間遅れを用いた、軸外変動モデルの検証を提案すること。

提案手法

• BL-RESPコードを用いて、さまざまな観測角度からのBLR放射、雲の運動、時間遅れをシミュレートする。
• 自己遮蔽性があり、平坦で回転・流入するガス分布を持つGaskell-Klimek-Nazarova（GKN）BLRモデルを適用する。
• 照光領域を対称軸からずらして非軸対称な加熱を導入することで、軸外連続スペクトル変動をモデル化する。
• 観測されたリバーブベーションマッピングデータと比較するため、速度遅れ図と転送関数をシミュレートする。
• BL-RESPをSTOKESモンテカルロ放射線輸送コードと組み合わせ、速度依存の偏光とスペクトロポラリメトリックな変動を予測する。
• 照光位置の変化が偏光位置角と速度依存性に与える影響を分析し、検証可能な予測を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ一部のAGNは非対称なブロードライン幅を示すのに対し、他のAGNは対称的でディスクに似た幅を示すのか？
• RQ2 なぜ連続スペクトルの変動が時間的に近接していても、BLR応答における時間遅れが異なるのか？
• RQ3 なぜ特定の速度範囲の線幅には、連続スペクトルの変動と相関がなく、逆に負の相関を示す場合があるのか？
• RQ4 なぜ速度分解リバーブベーションマッピングが、矛盾するか物理的に不自然な運動学的サインを生じるのか？
• RQ5 なぜ観測された速度依存の偏光とその変動が生じるのか？

主な発見

• 軸外照光は、AGNに根本的な違いを要請することなく、古典的な対数的線幅と二重ピークのディスクに似た線幅の両方を自然に生成する。
• 変動する照光源の空間的オフセットを原因として、BLR応答における時間遅れのばらつきを説明できる。
• 線と連続スペクトルの変動の間の速度依存の非相関は、特定のBLR領域への選択的照光によって生じる。
• 本モデルは、偏光位置角や速度依存性の変化を含む、複雑で変動する偏光サインを説明できる。
• 軸外変動モデルは、HβではHαよりも強いピークを予測し、特定の速度範囲でヘリウムIとヘリウムII線に類似した異常な応答を示す。
• 軸外変動下では、ブラックホール質量測定における系統的誤差が避けられず、高精度なリバーブベーションマッピングは根本的に達成不可能である。