[논문 리뷰] The quasar Main Sequence explained by the combined effects of physical factors and orientation

Swayamtrupta Panda, P. Marziani외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 05. 05.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 4인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 구성성 주요 시퀀스를 기울기 효과와 물리적 요인으로 설명하며, 극한 FeII 발광체(R_FeII ≈ 1–2, xA quasars)가 높은 Eddington 비율과 유리한 관측 각도에서 기인함을 보여준다. R_FeII > 2인 천체의 희귀성은 강한 기울기 및 Hβ FWHM에 대한 운동학적 제약으로 인해 발생하며, 천체론적 거리 측정에 대한 함의를 지닌다.

ABSTRACT

We address the effect of orientation of the accretion disk plane and the geometry of the broad line region (BLR) as part of an effort to understand the distribution of quasars in the optical plane of the quasar main sequence. We utilize the photoionization code CLOUDY to model the BLR incorporating the grossly underestimated form factor ($f$). Treating the aspect of viewing angle appropriately, we re-discover the dependence of the $R_\mathrm{FeII}$ sequence on $L/L_\mathrm{Edd}$ and on the related observational trends - as a function of the SED shape, cloud density and composition, verified from prior observations. Sources with $R_\mathrm{FeII}$ in the range 1 -- 2 (about 10\% of all quasars, the so-called extreme Population A [xA] quasars) are explained as sources of high, and possibly extreme Eddington ratio along the $R_\mathrm{FeII}$ sequence. This result has important implication for the exploitation of xA sources as distance indicators for Cosmology. $\mathrm{FeII}$ emitters with $R_\mathrm{FeII} > 2$ are very rare (<1\% of all type 1 quasars). Our approach also explains the rarity of these highest $\mathrm{FeII}$ emitters as extreme xA sources and constrains the viewing angle ranges with increasing $\mathrm{H\beta}$ FWHM.

연구 동기 및 목표

• 구성성 주요 시퀀스의 광학 평면에서 관측된 퀘이사 분포를 기울기 및 물리적 파ameter를 사용하여 설명하는 것.
• R_FeII > 2인 퀘이사(극한 FeII 발광체)의 희귀성을 기울기 및 기하학적 효과로 해결하는 것.
• 수정된 형상 요인(f)을 사용한 광학화 모델링을 통해 R_FeII가 L/L_Edd, SED 형태, 클라우드 밀도 및 조성에 어떻게 의존하는지 검증하는 것.
• 관측된 Hβ FWHM에 기반해 기울기 범위를 제약함으로써, xA 퀘이사(R_FeII ≈ 1–2)가 천체론적 거리 지표로 사용될 잠재력을 평가하는 것.

제안 방법

• 수정된 이전에 과소평가된 형상 요인(f)을 반영한 CLOUDY 광학화 코드를 사용하여 브로드 라인 영역(BLR)을 모델링한다.
• 관측된 추세를 재현하기 위해, 원반 기울기 및 BLR 기하학을 모델의 핵심 변수로 통합한다.
• Eddington 비율(L/L_Edd), 클라우드 밀도, 조성 등 물리적 파ameter를 변화시켜 관측된 R_FeII 시퀀스를 시뮬레이션한다.
• R_FeII가 L/L_Edd 및 SED 형태에 따라 어떻게 의존하는지 분석하여 이전 관측 데이터와 일치시킨다.
• 기울기 의존성 발광 효과를 적용하여 고-R_FeII 천체의 관측 희귀성을 설명한다.
• 관측된 Hβ FWHM에 기반해 기울기 범위를 제약하여 R_FeII > 2 퀘이사의 희귀성을 설명한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기브레인 원반의 기울기 및 BLR 기하학이 퀘이사에서 관측된 R_FeII 시퀀스에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 왜 R_FeII > 2인 퀘이사는 극도로 희귀하며, 그 발생을 제한하는 물리적 및 기하학적 요인은 무엇인가?
• RQ3 수정된 형상 요인을 사용한 광학화 모델에서 R_FeII–L/L_Edd 관계를 어느 정도 재현할 수 있는가?
• RQ4 높은 Hβ FWHM를 가진 퀴사의 기울기 범위에 대한 제약 조건은 무엇이며, 그것과 FeII 발광 강도 사이의 관계는 어떻게 되는가?
• RQ5 기울기 및 Eddington 비율이 잘 이해된 극한 인구 A 퀘이사(R_FeII ≈ 1–2)는 신뢰성 있게 천체론적 거리 지표로 사용될 수 있는가?

주요 결과

• 적절한 기울기 및 수정된 형상 요인을 통합함으로써, 모델은 R_FeII가 L/L_Edd 및 SED 형태에 따라 관측된 의존성과 잘 일치한다.
• xA 퀴사(R_FeII ≈ 1–2)는 전체 퀘이사의 약 10%를 차지하며, 고도에서 극도로 높은 Eddington 비율과 유리한 기울기에서 기인함을 설명할 수 있다.
• R_FeII > 2인 퀘이사는 매우 희귀하며(유형 1 퀘이사의 1% 미만), 주로 강한 기울기 및 BLR 기하학적 제약 때문이므로 발생한다.
• 고-R_FeII 천체의 희귀성은 기울기와 Hβ FWHM의 병합 효과로 인해 관측 가능한 매개변수 공간이 제한되기 때문이다.
• 높은 Hβ FWHM를 가진 천체의 허용 기울기 범위를 모델이 제약함으로써, 극한 FeII 발광체의 관측 희귀성에 물리적 설명을 제공한다.
• 결과는 xA 퀘사가 기울기 및 Eddington 비율이 잘 이해된 경우 천체론적 거리 지표로 사용될 수 있음을 뒷받침한다.