[论文解读] Intermediate resolution H-beta spectroscopy and photometric monitoring of 3C 390.3 I. Further evidence of a nuclear accretion disk

A. I. Shapovalova, A. N. Burenkov+14 more|ArXiv.org|Jun 22, 2001

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 75被引用 48

一句话总结

本研究对赛佛特星系3C 390.3自1995年至2000年进行了中等分辨率Hβ光谱观测与测光监测，揭示了时变的反响迟滞和不对称的Hβ轮廓，支持宽发射线区起源于吸积盘。数据表明Hβ波峰速度差与连续谱流量呈反相关，表明在较低吸积率时辐射区向内迁移，通过反响时延映射测得最佳拟合黑洞质量为$2.1 \times 10^9\,M_\odot$。

ABSTRACT

We have monitored the AGN 3C390.3 between 1995 and 2000.Two large amplitude outbursts, of different duration, in continuum and H beta light were observed ie.: in October 1994 a brighter flare that lasted about 1000 days and in July 1997 another one that lasted about 700 days were detected. The flux in the H beta wings and line core vary simultaneously, a behavior indicative of predominantly circular motions in the BLR.Important changes of the Hbeta emission profiles were detected: at times, we found profiles with prominent asymmetric wings, as those normaly seen in Sy1s, while at other times, we observe profiles with weak almost symmetrical wings, similar to those seen in Sy1.8s. We found that the radial velocity difference between the red and blue bumps is anticorrelated with the light curves of H beta and continuum radiation.e found that the radial velocity difference between the red and blue bumps is anticorrelated with the light curves of H-beta and continuum radiation. Theoretical H-beta profiles were computed for an accretion disk, the observed profiles are best reproduced by an inclined disk (25 deg) whose region of maximum emission is located roughly at 200 Rg. The mass of the black hole in 3C 390.3, estimated from the reverberation analysis is Mrev = 2.1 x 10^9 Msun, ie. 5 times larger than previous estimates

研究动机与目标

• 利用长期光谱与测光监测研究赛佛特星系3C 390.3中宽发射线的起源。
• 确定观测到的Hβ发射与连续谱流量的时变性是否可由吸积盘模型解释，或是否需借助双黑洞等替代模型。
• 测量连续谱与Hβ变化之间的时滞，以推断宽线区的大小与几何结构。
• 分析Hβ轮廓形状与速度结构的变化，以区分动力学模型（如盘状结构与外流气体）。
• 利用反响时延映射估算黑洞质量，并与先前估计值进行比较。

提出的方法

• 在五年间（1995–2000年）获取了Hβ的中等分辨率光谱，以监测3C 390.3的流量与轮廓时变性。
• 采用B波段测光监测以更长基线追踪连续谱时变性，包括1966年至1982年的数据。
• 应用互相关分析测量连续谱与Hβ流量变化之间的时滞，揭示出可变时滞（不同观测期分别为100天与35/100天）。
• 通过轮廓分解分析Hβ的红、蓝翼，测量波峰之间的径向速度差。
• 假设吸积盘几何结构对Hβ轮廓进行模型拟合，优化倾角与发射半径以匹配观测结果。
• 采用反响-rms方法从时滞-流量关系中估算黑洞质量，得到$M_{\text{rev}} \approx 2.1 \times 10^9\,M_\odot$。

实验结果

研究问题

• RQ1 3C 390.3中连续谱与Hβ变化之间的时滞是否支持宽线区存在盘状结构？
• RQ2 为何Hβ发射线轮廓在某些时刻呈现不对称翼，在其他时刻则为对称轮廓？这对其辐射区性质有何启示？
• RQ3 观测到的Hβ波峰速度差与连续谱流量之间的反相关性是否与吸积盘模型一致？
• RQ4 观测到的轮廓时变性是否可用双黑洞系统解释？数据对这类模型施加了何种限制？
• RQ5 基于反响时延映射，3C 390.3中心黑洞的估计质量是多少？与先前估计值相比如何？

主要发现

• 观测到时变的反响迟滞：1995–1997年间约为100天，1998–1999年间呈现双时滞（约100天与约35天），表明宽线区几何结构发生变化。
• Hβ红、蓝波峰之间的径向速度差与连续谱流量呈反相关：当连续谱减弱时，速度差增大（最高达~2000 km s⁻¹），表明辐射区向内迁移。
• Hβ轮廓形状动态变化：某些时刻呈现典型赛佛特1型星系的不对称、宽翼轮廓，而其他时刻则呈现对称、微弱翼部，类似赛佛特1.8型特征。
• 最佳拟合的吸积盘模型要求倾角约为~25°，峰值发射半径约为~200 $R_g$，与X射线辐照模型一致。
• 通过反响时延映射估算的黑洞质量为$2.1 \times 10^9\,M_\odot$，是先前估计值的五倍。
• 数据排除了外流气体或超大质量双黑洞模型，更支持一种可变吸积率模型，即辐射区随X射线辐照变化而发生径向迁移。