[論文レビュー] The Sloan Digital Sky Survey Reverberation Mapping Project: UV-Optical Accretion Disk Measurements with Hubble Space Telescope

Y. Homayouni, Megan R. Sturm+11 more|arXiv (Cornell University)|May 6, 2021

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 71被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、Hubble Space TelescopeのUVおよびSDSS-RMプロジェクトの地上望遠鏡による光学光曲線を用いて、8個の高赤方偏移クェーサー（0.24 < z < 0.85）のUV-光学反応マッピングを実施した。JAVELINおよびCREAM遅延推定手法を適用した後、MCMCフィッティングを実施した結果、降着円盤のサイズおよび温度プロファイルは、Shakura & Sunyaevモデルと概ね一致しており、全円盤構造をモデル化した場合、SS73予測よりも約2倍大きな円盤サイズが示唆された。また、ブラックホール質量に顕著な依存性は認められなかった。

ABSTRACT

We present accretion-disk structure measurements from UV-optical reverberation mapping observations of a sample of eight quasars at 0.24<z<0.85. Ultraviolet photometry comes from two cycles of Hubble Space Telescope monitoring, accompanied by multi-band optical monitoring by the Las Cumbres Observatory network and Liverpool Telescopes. The targets were selected from the Sloan Digital Sky Survey Reverberation Mapping (SDSS-RM) project sample with reliable black-hole mass measurements from Hbeta reverberation mapping results. We measure significant lags between the UV and various optical griz bands using JAVELIN and CREAM methods. We use the significant lag results from both methods to fit the accretion-disk structure using a Markov chain Monte Carlo approach. We study the accretion disk as a function of disk normalization, temperature scaling, and efficiency. We find direct evidence for diffuse nebular emission from Balmer and FeII lines over discrete wavelength ranges. We also find that our best-fit disk color profile is broadly consistent with the Shakura \& Sunyaev disk model. We compare our UV-optical lags to the disk sizes inferred from optical-optical lags of the same quasars and find that our results are consistent with these quasars being drawn from a limited high-lag subset of the broader population. Our results are therefore broadly consistent with models that suggest longer disk lags in a subset of quasars, for example, due to a nonzero size of the ionizing corona and/or magnetic heating contributing to the disk response.

研究の動機と目的

• 高赤方偏移クェーサーにおけるUV-光学連続スペクトル遅延を測定し、降着円盤構造を調査すること。
• 観測された遅延が、Shakura & Sunyaevの薄円盤モデルと整合するかどうかを検証すること。
• 推定される円盤サイズに及ぼす円盤正規化、温度スケーリング、放射効率の影響を評価すること。
• 低信号対雑音比の光学光曲線における遅延測定の信頼性を評価すること。

提案手法

• 8個のSDSS-RMクェーサーに対する、多波長UV（HST）および光学（Las Cumbres Observatory, Liverpool Telescope）の光度モニタリングを実施した。
• JAVELINおよびCREAM手法を用いて、信頼性の高い不確実性推定を伴い、UV-光学時間遅延を測定した。
• マルコフ連鎖モンテカルロ（MCMC）手法を用い、円盤正規化、温度プロファイル、放射効率を同時にフィッティングした。
• 現実的なノイズおよび観測間隔を再現した光曲線をシミュレートし、遅延回復および不確実性推定の妥当性を検証した。
• MCMCフィッティングに遅延検出限界を組み込み、円盤サイズ測定に偏りが生じないよう対処した。
• 同じクェーサーの光学-光学遅延と比較し、より広いクェーサー集団との整合性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高赤方偏移クェーサーにおけるUV-光学遅延は、Shakura & Sunyaevモデルの予想する τ ∝ λ^4/3 のスケーリングと整合するか？
• RQ2 測定された円盤サイズは、SS73モデルの予測から顕著に乖離しており、その原因となる物理的要因は何か？
• RQ3 このサンプルにおいて、ブラックホール質量または降着率に伴い円盤サイズや遅延が変化するか？
• RQ4 低信号対雑音比の光学光曲線における遅延測定の信頼性はどの程度か？また、不確実性は適切に推定されているか？
• RQ5 MCMCフィッティングに円盤色プロファイルおよび効率を組み込むことで、推定される円盤サイズにどのような影響があるか？

主な発見

• 最良フィットの円盤色プロファイルは、概ねShakura & Sunyaev円盤モデルと整合している。
• 測定されたUV-光学遅延は、特に遅延が長いサブセットを含む、より広いクェーサー集団と整合している。
• 円盤正規化のみをフィッティングした場合、円盤サイズはSS73モデルの約5〜6倍大きくなるが、全構造を含めた場合、サイズは約2倍に増大し、不確実性も増加する。
• 事後予測チェックの結果、遅延にブラックホール質量依存性は顕著に認められず、質量の1/3乗スケーリングと両方の仮説と整合的である。
• シミュレーションにより、遅延の不確実性は信頼できており、低信号対雑音比の光学光曲線によって偏りが生じないことが確認された。
• 結果は、一部のクェーサーで遅延が長くなる可能性を示唆するモデルを支持しており、有限なイオン化コロナサイズや磁気加熱が関係している可能性がある。