[論文レビュー] The black hole in IC 1459 from HST observations of the ionized gas disk

G. Verdoes Kleijn, Roeland P. van der Marel+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 29, 2000

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 36

ひとこと要約

本研究では、楕円銀河IC 1459の電離ガスディスクのHubble Space Telescope (HST) WFPC2画像およびFOS分光法を用いて、中心に位置する超大質量ブラックホールの質量を制限する。星の質量を表面輝度および地上ベースの運動学から制約したガス運動の動的モデルと、フラックス分布を組み合わせた解析により、$1\text{--}4\times10^8\,M_\odot$のブラックホール質量が確認され、ブラックホールを含まないモデルは非常に高い信頼性で除外された。

ABSTRACT

The peculiar elliptical galaxy IC 1459 (M_V = -21.19, D = 16.5 Mpc) has a fast counterrotating stellar core, stellar shells and ripples, a blue nuclear point source and strong radio core emission. We present results of a detailed HST study of IC 1459, and in particular its central gas disk, aimed a constraining the central mass distribution. We obtained WFPC2 narrow-band imaging centered on the Halpha+[NII] emission lines to determine the flux distribution of the gas emission at small radii, and we obtained FOS spectra at six aperture positions along the major axis to sample the gas kinematics. We construct different dynamical models for the Halpha+[NII] and Hbeta kinematics that include a supermassive black hole, and in which the stellar mass distribution is constrained by the observed surface brightness distribution and ground-based stellar kinematics. All models are consistent with a black hole mass in the range Mbh=1-4 x 10^8 Msun, and models without a black hole are always ruled out at high confidence.

研究の動機と目的

• 高分解能のHST観測を用いて、奇妙な楕円銀河IC 1459の中心電離ガスディスクを対象とし、その中心に位置する超大質量ブラックホールの質量を制限すること。
• 複数の発光線（Hα+[NII]、Hβ、[OIII]、[OI]、[SII]）の観測された運動学的およびフラックス分布が、単一の中心ブラックホール質量と整合するかを調査すること。
• ガスディスクに及ぼす非重力的運動（乱流や非対称漂流）の役割と、それらがブラックホール質量推定値に与える影響を評価すること。
• 合体歴とLINER様核スペクトルを踏まえたIC 1459の$M_\bullet$–$M_{\text{gal}}$および$M_\bullet$–$L_{\text{radio}}$相関における位置を評価すること。
• ガス力学とイオン化構造および金属量制約を統合することで、巨大楕円銀河における核ガスの起源と降着歴をより深く理解すること。

提案手法

• 中心のHα+[NII]発光線に合わせたHST/WFPC2の狭帯域画像を取得し、小スケールでの電離ガスの空間的フラックス分布をマッピングした。
• 主軸に沿って6か所のアパーチャでFOS分光法を取得し、中央領域におけるガスのラインライン視線速度および速度分散を測定した。
• 中心に超大質量ブラックホール、観測された表面輝度および地上ベースの星の運動学から制約された星の質量分布、および無限に薄いディスク内を円運動するガスを含む動的モデルを構築した。
• ガスが衝突を無視できるクラウドレットとして等方的に運動する可能性を考慮し、非対称漂流を説明する代替モデルを検討したが、観測された運動学と整合した。
• 乱流運動をパラメータ化したモデルを用いて、特に[OIII]や[SII]のような高臨界密度種の速度分散プロファイルに与える影響を評価した。
• フラックス分布およびイオン化構造が既知であると仮定して、異なる発光線（Hα+[NII]、Hβ、[OIII]、[SII]、[OI]）からの推定ブラックホール質量を比較し、一貫性をテストした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IC 1459の中心に位置する超大質量ブラックホールの質量は、その電離ガスディスクの運動学的およびフラックス分布からどのように推定されるか？
• RQ2 Hα+[NII]、[OIII]、[SII]などの異なる発光線におけるフラックス集中度および速度プロファイルの観測された差異は、中心ブラックホールの存在と整合的か？
• RQ3 乱流や非対称漂流などの非重力的運動が、推定されるブラックホール質量にどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ4 IC 1459のブラックホール質量および質量光度比は、宿主銀河の光度および電波出力との既知の相関とどのように比較されるか？
• RQ5 ガス運動学およびイオン化構造の結果は、核ガスディスクの起源と降着歴について何を示唆するか？

主な発見

• 中心ブラックホールを含む動的モデルは、IC 1459の電離ガスディスクの観測されたフラックス分布および運動学をうまく再現した。
• ガスディスクに急峻な回転速度勾配が見られるため、中心ブラックホールの存在が不可欠であり、ブラックホールを含まないモデルは非常に高い信頼性で除外された。
• フラックスおよびイオン化構造を考慮した場合、複数の発光線から推定されるブラックホール質量は$1\text{--}4\times10^8\,M_\odot$の範囲に収まり、一貫性があった。
• ブラックホール質量と全銀河質量の比は$0.4\text{--}1.5\times10^{-3}$であり、IC 1459の合体歴を考慮しても、$M_\bullet$–$M_{\text{gal}}$相関の観測された散らばりの範囲内に収まった。
• IC 1459の電波出力（5 GHzで$5.5\times10^{22}\,\text{W Hz}^{-1}$）は、$M_\bullet$–$L_{\text{radio}}$相関の散らばり内に位置するが、コア出力関係からは逸脱している。これはビーミングや解像度の影響による可能性がある。
• [OIII]、[OI]、[SII]の速度分散プロファイルに局所的な乱流運動の兆候が見られたが、パラメータ化されたモデルを用いた場合、ブラックホール質量推定値に顕著な影響は及ばなかった。