[論文レビュー] The WISSH Quasars Project IV. BLR versus kpc-scale winds

G. Vietri, E. Piconcelli+22 more|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2018

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 104被引用数 39

ひとこと要約

本研究は、z ≈ 2–4 のハイパーリュミノスなクェーサーにおけるブロードライン領域（BLR）とkpcスケールの風の関係を調査し、2つの異なる集団が存在することを明らかにした。1つは[OIII]の強力なドリフトを示し、CIV線が弱くブルーシフトしているもので、もう1つは[OIII]が弱いがCIV線が極めてブルーシフトしている（最大8,000 km s⁻¹）ものである。結果は、放射駆動風モデルを支持しており、風の性質が全波長放射の強度とイオン化連続スペクトルの傾きと強く相関していることを示している。また、観測された風の二重性の背後には、方位角効果と幾何学的配置が重要な役割を果たしていると考えられる。

ABSTRACT

We have undertaken a multi-band observing program aimed at obtaining a complete census of winds in a sample of WISE/SDSS selected hyper-luminous (WISSH) QSOs at z~2-4. We have analyzed the rest-frame optical (LBT/LUCI and VLT/SINFONI) and UV (SDSS) spectra of 18 randomly selected WISSH QSOs to measure the SMBH mass and study the properties of winds both in the NLR and BLR traced by blueshifted/skewed [OIII] and CIV emission lines, respectively. These WISSH QSOs are powered by SMBH with masses $\ge$10$^9$ Msun accreting at 0.4

研究の動機と目的

• z ≈ 2–4 のハイパーリュミノスなクェーサーにおけるブロードライン領域（BLR）と狭線領域（NLR）の風の物理的起源とその関係を理解すること。
• 観測された風の性質の二重性（強力な[OIII]対比と弱い[OIII]対比）が、本質的な違いに起因するのか、それとも方位角効果に起因するのかを調査すること。
• CIV発光線のブルーシフトが、全波長放射の強度（L_Bol）、Eddington比（λ_Edd）、およびUVからX線へのスペクトル指数（α_OX）といった基本的なAGNパラメータにどのように依存するかを特定すること。
• BLR風の運動量およびエネルギー負荷率を評価し、それらを超高速風（UFOs）およびNLR風と比較すること。
• 放射駆動風が、これらのクェーサーにおけるCIV線プロファイルを形作る主要因であるという仮説を検証すること。

提案手法

• SMBH質量を測定し、発光線の運動学的性質を分析するために、18個のWISE/SDSS選択のWISSHクェーサーのrestフレーム光学（LBT/LUCI、VLT/SINFONI）およびUV（SDSS）分光データを取得した。
• CIV λ1549発光線および[OIII] λ5007発光線のrestフレーム等価幅（REW）とピーク速度シフト（v_CIV^peak）を測定し、BLRおよびNLR風を追跡した。
• CIVブルーシフトと相関させるために、全波長放射の強度（L_Bol）、Eddington比（λ_Edd）、UVからX線へのスペクトル指数（α_OX）を主なAGNパラメータとして用いた。
• 放射駆動風モデルを適用し、イオン化放射が風のガスに運動量を伝えると仮定して、v_CIV^peak が L_Bol および α_OX にどのように依存するかを解釈した。
• BLR風の運動量および力学的エネルギー負荷率（Ṗ_out / Ṗ_AGN および Ė_kin）を、UFOsおよびNLR風と比較し、それらの相対的効率を評価した。
• α_OXパラメータを用いてイオン化構造をモデル化し、イオン化連続スペクトルの形状と、それが高速風を維持する役割を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強力な[OIII]風を示すクェーサーと、[OIII]が弱くCIV線が極めてブルーシフトしているクェーサーとの間で観測される二重性の原因は何か？
• RQ2 BLR風の運動学的性質とエネルギー的性質は、NLR風および超高速風（UFOs）とどのように比較できるか？
• RQ3 CIV発光線のブルーシフトは、全波長放射の強度およびイオン化連続スペクトルの形状（α_OX）にどの程度依存しているか？
• RQ4 方位角効果およびBLR風の極座標幾何学的配置が、観測された二重分布の風の性質を説明できるか？
• RQ5 X線放射は、風のガスのイオン化状態および速度を制御する役割を果たしているか？

主な発見

• サンプルは2つの明確なサブ集団を示した：[OIII]源ではREW_CIV ≈ 20–40 Å、v_CIV^peak ≤ 2,000 km s⁻¹であり、Weak [OIII]源ではREW_CIV ≤ 20 Å、v_CIV^peak が最大 ∼8,000 km s⁻¹であった。
• CIVブルーシフトが全波長放射の強度に依存する関係は、v_CIV^peak ∝ L_Bol^0.28±0.04 に従い、放射駆動風モデルと整合的であった。
• v_CIV^peak と α_OX の間には強い逆相関が確認され、より急勾配のイオン化連続スペクトル（X線放射が少ない）は、より高速な風を促進することが示された。
• BLR風の運動量負荷率は低く（Ṗ_out / Ṗ_AGN ≤ 0.1）、これは風のガスが概ね0.1のカバー率を持つ、不連続で極座標的な幾何的配置に一致する。
• 少数の事例では、BLR風の力学的エネルギー（Ė_kin ∼ 10^44–45 erg s⁻¹）がNLR風で観測された値と同等であり、これはISMへのエネルギー注入が顕著であることを示唆している。
• 観測された傾向は、方位角効果およびBLR風の極座標的幾何学的配置が、観測された二重性を説明でき、イオン化連続スペクトルの形状（α_OX）がCIV線シフトの主因であるというシナリオを支持している。