[論文レビュー] Structure and Kinematics of the Broad-Line Region and Torus of Active Galactic Nuclei

C. M. Gaskell, R. W. Goosmann+1 more|ArXiv.org|Jul 17, 2008

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 4被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、活発銀河核（AGNs）におけるブロードライン領域（BLR）が、球対称な雲系ではなく、外側の降着円盤と-dustyトーラスの内側部分であり、平坦で自己遮蔽性のある幾何構造と、磁気力学的不安定性（MRI）によって駆動される純内向きの流入を持つと提案する。この流入は観測された赤方偏移した発光ラインを説明し、リバーブレーションマッピング、スペクトル偏光、イオン化度依存の速度シフトを統合する。BLRにおける質量流入率は、AGNを駆動するのに必要な降着率と一致する。

ABSTRACT

Energetics considerations imply that the broad-line region (BLR) has a high covering factor. The absence of absorption from the BLR means that the BLR has to have a flattened distribution and be seen through a polar hole. The BLR is the inward extension of the torus and they have similar geometries and covering factors. Reconciling velocity-resolved reverberation mapping, spectropolarimetry, and the increasing blueshifting of BLR lines with decreasing distance from the centre, implies that the BLR has a significant inflow component. This inflow provides the mass inflow rate needed to power the AGN. We suggest that the mechanism producing the outward transport of angular momentum necessary for the net inflow of the BLR is the magneto-rotational instability, and that the BLR and outer accretion disc are one and the same.

研究の動機と目的

• 観測されたブロードラインの等価幅が覆い因子 >100% を要求するが、Lyman限界吸収が観測されないという、長年のエネルギー予算問題を解決すること。
• 矛盾する観測的証拠を統合すること：速度分解能のあるリバーブレーションマッピング、スペクトル偏光、およびイオン化度が高くなるにつれて増加するブルーシフト。
• BLRの真の幾何構造と運動学を特定し、標準的な球対称雲モデルに挑戦すること。
• BLR、トーラス、降着円盤の間の物理的リンクを確立し、BLRが外側の降着円盤であると提案すること。
• 観測されたBLRにおける質量流入率が、AGNを駆動するのに必要な降着率と一致することを示すこと。

提案手法

• 観測されたUV連続スペクトルの形状と発光ラインの等価幅を用いたエネルギー予算解析により、幾何構造が非球対称である限り、100%を超える覆い因子が要求されることを示す。
• NGC 5548をベンチマークAGNとして用い、多波長モニタリングデータを用いてBLRの覆い因子とイオン化構造を制約する。
• 自己遮蔽モデルの適用により、高イオン化ラインがLyman限界吸収なしに観測される理由を説明し、平坦で赤道面に近い幾何構造に加え、極方向の視線穴が必要であることを示す。
• STOKESコードを用いて、降下する円筒形の散乱体の分布における散乱をモデル化し、観測されたラインプロファイルとブルーシフト傾向を再現する。
• 観測された速度シフトとイオン化状態を、降着円盤のMHDシミュレーションと比較し、流入モデルの妥当性を検証する。
• 角運動量輸送を促進する外向きのメカニズムとして、磁気力学的不安定性（MRI）を導入し、BLR内での純内向き流入を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜAGNのブロード発光ラインは、覆い因子が100%を超えることを示唆する等価幅を示すが、Lyman限界吸収は観測されないのか？
• RQ2 なぜ観測された速度分解能のあるリバーブレーションマッピングとスペクトル偏光は、高イオン化ラインの増加するブルーシフトと統合できるのか？
• RQ3 ブロードライン領域の真の幾何構造と運動学は何か？ また、トーラスや降着円盤とどのように関係しているか？
• RQ4 BLRにおける観測された質量流入率は、AGNを駆動するのに必要な降着率を説明できるか？
• RQ5 BLRは物理的に外側の降着円盤そのものであり、MRIが流入を駆動しているのか？

主な発見

• BLRの赤道面における覆い因子は約40%であり、Lyman限界吸収を避けるために、平坦で自己遮蔽性のある幾何構造に加え、極方向の視線穴を必要とする。
• BLRは、ランダムに配列された雲の集合ではなく、連続的で平坦な構造であり、トーラスの内側部分と外側降着円盤の一部である。
• BLRは、ケプラーラン速度のおよそ0.25倍の純内向き流入速度を示しており、MRI駆動の降着と整合的である。
• 観測された発光ラインのブルーシフトはイオン化度が高くなるにつれて増加するが、これは高光学厚さを持つ降下する円筒形散乱領域のモデルで再現可能である。
• BLRにおける推定された質量流入率は、AGNを駆動するのに必要な降着率と一致しており、BLRが降着物質そのものであるという仮説を支持する。
• BLRと外側降着円盤は物理的に同一の構造であり、MRIが純内向き流れを可能にするために必要な角運動量輸送を提供する。