[论文解读] A multi-epoch spectroscopic study of the BAL quasar APM 08279+5255 II. Emission- and absorption-line variability time lags

Francesco Gabriele Saturni, D. Trèvese+3 more|Cineca Institutional Research Information System (Tor Vergata University)|Dec 10, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 81被引用 3

一句话总结

本研究利用16年期的多 epoch 光电与光谱数据，首次对高红移BAL类星体APM 08279+5255的Si IV和C IV发射线进行了脉动映射，测得~900天的静止系时间延迟，暗示其黑洞质量约为~10^10 M☉。此外，还识别出C IV窄吸收系中~160天的复合时间延迟，表明吸收体位于星系核周围约10 kpc处，处于宿主星系内。

ABSTRACT

The study of high-redshift bright quasars is crucial to gather information about the history of galaxy assembly and evolution. Variability analyses can provide useful data on the physics of the quasar processes and their relation with the host galaxy. In this study, we aim at measuring the black hole mass of the bright lensed BAL QSO APM 08279+5255 at $z=3.911$ through reverberation mapping, and at updating and extending the monitoring of its C IV absorption line variability. Thanks to 138 R-band photometric data and 30 spectra available over 16 years of observations, we perform the first reverberation mapping of the Si IV and C IV emission lines for a high-luminosity quasar at high redshift. We also cross-correlate the C IV absorption equivalent width variations with the continuum light curve, in order to estimate the recombination time lags of the various absorbers and infer the physical conditions of the ionised gas. We find a reverberation-mapping time lag of $\sim 900$ rest-frame days for both Si IV and C IV emission lines. This is consistent with an extension of the BLR size-to-luminosity relation for active galactic nuclei up to a luminosity of $\sim 10^{48}$ erg/s, and implies a black hole mass of $10^{10}$ $M_\odot$. Additionally, we measure a recombination time lag of $\sim 160$ days in the rest frame for the C IV narrow absorption system, which implies an electron density of the absorbing gas of $\sim 2.5 \cdot 10^4$ cm$^{-3}$. The measured black hole mass of APM 08279+5255 indicates that the quasar resides in an under-massive host-galaxy bulge with $M_{bulge} \sim 7.5 M_{BH}$, and that the lens magnification is lower than $\sim 8$. Finally, the inferred electron density of the narrow-line absorber implies a distance of the order of 10 kpc of the absorbing gas from the quasar, placing it within the host galaxy.

研究动机与目标

• 通过Si IV和C IV发射线的脉动映射，测量高红移BAL类星体APM 08279+5255的黑洞质量。
• 更新并扩展C IV吸收线变异性监测，确定窄吸收系中的复合时间延迟。
• 利用时间延迟测量推断电离气体在吸收体中的物理条件与空间位置。
• 利用测得的时间延迟与距离-亮度关系，约束APM 08279+5255的透镜放大率。
• 评估黑洞质量与星系光度质量比，并判断宿主星系的演化状态。

提出的方法

• 对跨越约16年的观测数据中的30组光谱与138条R波段光度曲线应用脉动映射，测量连续谱与发射线变化之间的时移。
• 通过互相关分析确定连续谱与C IV发射线之间的静止系时间延迟，测得Si IV与C IV的延迟均为~900天。
• 通过将等效宽度变化与连续谱光 light curve 互相关，测量C IV窄吸收系中~160天的复合时间延迟。
• 假设典型电离参数U ~ 10^-2，利用复合延迟与总辐射光度估算吸收体的电离参数与距离。
• 利用标准脉动映射公式计算黑洞质量：M_BH = f * c * t_lag * Δv² / G，其中f假设为~1，对应自由落体云。
• 通过反演距离-亮度关系约束透镜放大率，得出μ = 2.4^{+5.8}_{-1.9}，与Riechers等人（2009）的模型一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 APM 08279+5255中连续谱与Si IV/C IV发射线之间的静止系时间延迟是多少？它对黑洞质量有何暗示？
• RQ2 C IV窄吸收系的复合时间延迟是多少？它揭示了吸收体的距离与密度信息吗？
• RQ3 测得的时间延迟如何约束APM 08279+5255的透镜放大率？
• RQ4 APM 08279+5255的黑洞质量与星系光度质量比是多少？它对宿主星系的演化状态有何启示？
• RQ5 先前假设的C IV吸收变异性由~200 Å处电离连续谱的变化驱动，这一假设是否成立？

主要发现

• Si IV与C IV发射线的静止系时间延迟均测得为~900天，与BLR大小-光度关系一致，适用于光度高达~10^48 erg s^-1的范围。
• 基于测得的时间延迟与典型线宽假设，推断黑洞质量约为~10^10 M☉。
• C IV窄吸收系测得~160天的复合时间延迟，表明吸收体距离中心引擎约~9.6 kpc。
• 吸收气体的电子密度估计为~2.5 × 10^4 cm^-3，与宿主星系内致密、紧凑的吸收体一致。
• 透镜放大率被约束为μ = 2.4^{+5.8}_{-1.9}，与Riechers等人（2009）的模型一致，且不支持Egami等人（2000）提出的更高放大率模型。
• 吸收体位于宿主星系内，因其距离（~10 kpc）与典型星系光度核大小相当，且电离参数与星系环境一致。