[论文解读] An Improved Black Hole Mass - Bulge Luminosity Relationship for AGNs

C. M. Gaskell, John Kormendy|ArXiv.org|Jul 9, 2009

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用 5

一句话总结

本文通过校正两种观测偏差——红移相关的光纤孔径效应和星系光度相关的宿主星光比例——改进了活动星系核（AGNs）的黑洞质量–核球光度关系。校正后，$M_{\bullet}$–$L_{\text{host}}$ 关系的离散度降低至$\pm0.23$ dex，比非活动星系更紧密，并建立了紧密的线性 $L_{\text{host}}/L_{\text{AGN}}$–$L/L_{\text{Edd}}$ 关系，从而能够准确估计宿主星系污染，并揭示：在扣除宿主星系污染后，低吸积率活动星系核表现出更大的本征变异性。

ABSTRACT

Two effects have substantially increased the scatter in the AGN black hole mass - host galaxy bulge luminosity relationship derived from SDSS spectra. The first is that at a fixed black hole mass, the SDSS spectrum depends strongly on redshift because an SDSS fiber sees a larger fraction of the total light of more distant galaxies. The second is that at a given redshift, the fraction of host-galaxy light in the fiber increases with decreasing galaxy luminosity. We illustrate the latter effect using the Kormendy et al. (2009) light profiles of Virgo ellipticals. With allowance for the two effects, we obtain a black hole mass - bulge luminosity relationship for AGNs which has a scatter of only +/- 0.23 dex in mass. This is less than the scatter found for inactive galaxies, and is consistent with the measuring errors. We show that there is a correspondingly tight linear relationship between the fraction of host galaxy light in AGN spectra and the Eddington ratio. This linearity implies that at a given black hole mass, the host luminosities of high-accretion-rate AGNs (NLS1s) and low-accretion-rate AGNs are similar. The relationship between the fraction of host galaxy light and the Eddington ratio provides a simple means of estimating the fraction of host galaxy light in AGN spectra. This means that the real amplitude of variability of low-accretion-rate AGNs is increased relative to NLS1s.

研究动机与目标

• 解决从SDSS光谱中获得的活动星系核黑洞质量–核球光度关系中存在较大离散度的问题。
• 校正两个关键的观测偏差：SDSS光纤中红移相关的孔径效应和星系光度相关的宿主星光比例。
• 通过考虑这些偏差，推导出更紧密、更准确的活动星系核 $M_{\bullet}$–$L_{\text{host}}$ 关系。
• 建立可靠的 $L_{\text{host}}/L_{\text{AGN}}$–$L/L_{\text{Edd}}$ 关系，用于估算活动星系核光谱中的宿主星系污染。
• 在扣除宿主星系光污染后，推断低吸积率活动星系核的真实光学变异性幅度。

提出的方法

• 利用Kormendy等人（2009）的室女座椭圆星系光度分布模型，模拟固定SDSS光纤孔径捕获的宿主星系光比例随星系光度的变化。
• 应用红移依赖的校正方法，基于观测到的 $\Delta\log L_{\text{host}}$ 与红移的关系趋势，估算不同红移下宿主星系光度的缺失量。
• 采用右删失的OLS二分法拟合，以在狭窄的红移和质量范围内确定 $L_{\text{host}}/L_{\text{AGN}}$–$L/L_{\text{Edd}}$ 关系，从而最小化离散度。
• 利用从室女座椭圆星系导出的孔径-光度关系，对SDSS活动星系核样本中的 $L_{\text{host}}$ 值进行校正。
• 使用幂律模型 $M_{\bullet} \propto L_{\text{host}}^{\alpha}$ 拟合校正后的 $M_{\bullet}$–$L_{\text{host}}$ 关系，以确定改进后的斜率和离散度。
• 将校正后的 $M_{\bullet}$–$L_{\text{host}}$ 关系与未校正的关系进行比较，以量化离散度和斜率的改善程度。

实验结果

研究问题

• RQ1 红移和星系光度如何影响SDSS光纤光谱中活动星系核宿主星系光度比例的测量？
• RQ2 孔径效应和红移效应在活动星系核 $M_{\bullet}$–$L_{\text{host}}$ 关系观测离散度中所占的贡献程度如何？
• RQ3 能否推导出一个校正后的 $M_{\bullet}$–$L_{\text{host}}$ 关系，使其离散度降低至测量误差水平？
• RQ4 在活动星系核中，$L_{\text{host}}/L_{\text{AGN}}$ 与爱丁顿比 $L/L_{\text{Edd}}$ 之间是否存在一致的线性关系？
• RQ5 在扣除宿主星系污染后，低吸积率活动星系核的真实光学变异性幅度是多少？

主要发现

• 在校正孔径和红移效应后，活动星系核 $M_{\bullet}$–$L_{\text{host}}$ 关系的离散度降低至 $\pm0.23$ dex，比非活动星系的 $\pm0.30$ dex 更为紧密。
• 校正后的 $M_{\bullet}$–$L_{\text{host}}$ 关系斜率为 $\alpha = 0.84 \pm 0.03$，显著陡于未校正的 $\alpha = 0.69 \pm 0.02$。
• 发现 $L_{\text{host}}/L_{\text{AGN}}$ 与 $L/L_{\text{Edd}}$ 之间存在紧密的线性关系，斜率为 $0.99 \pm 0.11$，表明在固定 $M_{\bullet}$ 下，高、低吸积率活动星系核的宿主星等光度相似。
• $L_{\text{host}}/L_{\text{AGN}}$–$L/L_{\text{Edd}}$ 关系提供了一种简单有效的方法，用于估算活动星系核光谱中的宿主星系污染。
• 在扣除宿主星系光污染后，低吸积率活动星系核的本征光学变异性幅度大于NLS1s，这是由于其光谱中宿主星系成分比例更高。
• 校正后 $M_{\bullet}$–$L_{\text{host}}$ 关系的微小离散度支持了通过Dibai方法获得的黑洞质量的可靠性，并暗示活动星系核在宽线区结构和光谱能量分布（SED）方面具有高度相似性。