[论文解读] An Improved [O III] Line Width to Stellar Velocity Dispersion Calibration: Curvature, Scatter, and Lack of Evolution in the Black-Hole Mass Versus Stellar Velocity Dispersion Relationship

C. M. Gaskell|ArXiv.org|Aug 3, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 2被引用 15

一句话总结

本文提出了一种改进的校准方法，将[O III] λ5007谱线的全宽半高(FWHM)转换为活动星系核(AGNs)中的恒星速度弥散(σ*)，显著降低了系统性误差。修正后的M•–σ*关系在高质质量下显示出曲率，且当M• > 10⁹ M☉时散射较小，支持以往研究中对大质量黑洞质量存在系统性低估的结论，并表明从z ≈ 3至今M•–σ*关系未发生演化。

ABSTRACT

An improved transformation of the full width at half maxima (FWHM) of the [O III] 5007 line in AGNs to the stellar velocity dispersion, sigma, of the host galaxy is given. This significantly reduces the systematic errors in using the [O III] FWHM as a proxy for sigma. AGN black hole masses, M, estimated using the Dibai single epoch spectrum method, are combined with the new estimates of sigma to give a revised AGN M-sigma relationship extending up to high masses. This shows that the masses of the most massive black holes are systematically higher than predicted by extrapolation of M \propto sigma^4 to high masses. This supports recent suggestions that stellar dynamical masses of the most massive black holes have been systematically underestimated. The steepening of the M-sigma relationship is consistent with the absence of very high sigma galaxies in the local universe and with the curvature of the Faber-Jackson relationship. There appears to be significantly less intrinsic scatter in the M-sigma relationship for galaxies with black hole masses > 10^9 solar masses. It is speculated that this is connected with the core elliptical versus extra-light elliptical dichotomy. The low scatter in the high end of the M-sigma relationship implies that the transformation proposed here and the Dibai method are good indicators of stellar velocity dispersion and mass respectively. There is no evidence for evolution of the M-sigma relationship over time.

研究动机与目标

• 通过改进校准，减少在活动星系核(AGNs)中使用FWHM([O III])作为σ*代理指标时的系统性误差。
• 利用新的σ*估计值和Dibai单次观测法重新评估M•–σ*关系。
• 研究M•–σ*关系在高质质量下是否表现出曲率、散射变化或随宇宙时间的演化。
• 通过高质质量系统中观测到的低散射一致性，评估Dibai方法和新FWHM–σ*转换的可靠性。
• 通过校正σ*估计中的偏差，解决最亮星系中M•–σ*关系与M•–Lbulge关系之间的矛盾。

提出的方法

• 提出一种修正后的FWHM([O III])至σ*转换方法，以纠正高质质量下对σ*的系统性高估。
• 应用Dibai方法，利用Hβ线宽和光致电离模型，从单次观测光谱估算黑洞质量(M•)。
• 将改进后的σ*估计值与Dibai方法获得的M•结合，重建至高质质量区的M•–σ*关系。
• 使用Gültekin等人(2009)的星系和活动星系核样本，分析M•–σ*关系中的散射与曲率。
• 通过比较红移至z ≈ 3.286的M•–σ*关系残差，检验演化性。
• 通过检查M•–σ*关系中的固有散射，特别是当M• > 10⁹ M☉时，评估新校准与Dibai方法的可靠性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何改进FWHM([O III])–σ*校准，以减少对高质质量活动星系核中σ*估计的系统性误差？
• RQ2 在纠正σ*高估后，M•–σ*关系在高黑洞质量下是否表现出曲率？
• RQ3 对于最重的黑洞(M• > 10⁹ M☉)，M•–σ*关系中的固有散射是否较低，这对宿主星系结构有何含义？
• RQ4 从z ≈ 3至今，M•–σ*关系是否存在演化证据？
• RQ5 Dibai方法与新FWHM–σ*校准在多大程度上能产生一致且可靠的M•与σ*估计？

主要发现

• 改进后的FWHM([O III])至σ*校准显著降低了系统性误差，尤其在高质质量活动星系核中，此前方法存在对σ*的系统性高估。
• M•–σ*关系在高质质量下表现出曲率，M•系统性超过简单M• ∝ σ*⁴比例关系的预测。
• 当M• > 10⁹ M☉时，M•–σ*关系的固有散射较低（≈0.05 dex），表明新校准与Dibai方法具有高度一致性和可靠性。
• 高质质量下低散射与核心椭圆星系与额外光椭圆星系的二分性相关，其中核心椭圆星系主导高质质量端。
• 从z ≈ 3至今，M•–σ*关系未观测到显著演化，支持大质量黑洞与其宿主星系光度部分同时增长。
• 结果表明，以往研究中对最重黑洞的恒星动力学质量存在系统性低估。