[论文解读] Investigating the Accretion Nature of Binary Supermassive Black Hole Candidate SDSS J025214.67-002813.7

Adi Foord, Xin Liu+4 more|arXiv (Cornell University)|Oct 6, 2021

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 80被引用 6

一句话总结

本研究利用多波段X射线、射电、红外、光学和紫外数据，调查了双超大质量黑洞候选体SDSS J025214.67-002813.7。尽管光学周期性变异性暗示可能存在双星系统，但X射线谱和完整的谱能分布（SED）最符合一个单一、消光的AGN，未发现存在环绕双星的吸积或增强的硬X射线发射的证据。研究结果对该源为双AGN的假说提出了挑战。

ABSTRACT

We present results on a multi-wavelength analysis of SDSS J025214.67-002813.7, a system which has been previously classified as a binary AGN candidate based on periodic signals detected in the optical light curves. We use available radio-X-ray observations of the system to investigate the true accretion nature. Analyzing new observations from XMM-Newton and NuSTAR, we characterize the X-ray emission and search for evidence of circumbinary accretion. Although the 0.5-10 keV spectrum shows evidence of an additional soft emission component, possibly due to extended emission from hot nuclear gas, we find the spectral shape consistent with a single AGN. Compiling a full multi-wavelength SED, we also search for signs of circumbinary accretion, such as a "notch" in the continuum due to the presence of minidisks. We find that the radio-optical emission agrees with the SED of a standard, radio-quiet, AGN, however there is a large deficit in emission blueward of ~1400 A. Although this deficit in emission can plausibly be attributed to a binary AGN system, we find that the SED of SDSS J0252-0028 is better explained by emission from a reddened, single AGN. However, future studies on the expected hard X-ray emission associated with binary AGN (especially in the unequal-mass regime), will allow for more rigorous analyses of the binary AGN hypothesis.

研究动机与目标

• 检验SDSS J0252-0028中光学周期性变异性是否表明存在双超大质量黑洞系统。
• 通过多波段SED分析和X射线谱建模，调查环绕双星吸积的存在。
• 评估是否可在该候选体中探测到因双星吸积而产生的增强硬X射线发射或SED中的“凹陷”特征。
• 确定星周消光是否可解释SED中观测到的紫外/光学发射不足。

提出的方法

• 对XMM-Newton和NuSTAR观测在0.5–10 keV能段及硬X射线波段进行X射线谱拟合，以搜索过剩发射或复杂组分。
• 利用射电（VLA）、中红外（WISE）、近红外（UKIDSS）、光学（SDSS）和紫外（GALEX）测光数据构建完整的多波段SED。
• 应用Roedig等人（2014）的分析模型，模拟因环绕双星吸积盘导致的“凹陷”而产生的预期SED形状。
• 使用Fitzpatrick（1999）的消光律对标准AGN SED进行修正，并拟合观测测光数据，以检验星周尘埃的影响。
• 计算αOX参数以评估X射线与紫外光度比，并与单个AGN的预期值进行比较。
• 评估双星系统中流体冲击导致的预期硬X射线发射，并与观测到的NuSTAR上限进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 SDSS J0252-0028的X射线谱是否显示出多个组分或过剩发射的证据，表明存在两个吸积黑洞？
• RQ2 SED中观测到的紫外/光学发射不足是否可由环绕双星的吸积（如因小吸积盘导致的连续谱‘凹陷’）来解释？
• RQ3 观测到的SED是否与标准的、射电安静的AGN一致，还是需要双AGN模型来解释？
• RQ4 星周消光是否可解释在静止系SED中约1400 Å附近的发射急剧下降？
• RQ5 是否存在可探测到的增强硬X射线发射（高于10 keV），这是双星系统中流体冲击的预期结果？

主要发现

• XMM-Newton在0.5–10 keV能段的谱最符合单一吸收幂律模型，0.5–10 keV通量为9.1+3.1−3.9 × 10−13 erg s−1，红移z = 1.53时2–10 keV光度为6.1+1.4−2.0 × 1044 erg s−1。
• 在10 keV以上未检测到显著的过剩硬X射线发射，NuSTAR的上限未约束增强发射，与单个AGN一致。
• 测得的αOX参数为1.6，与单个AGN的预期范围一致，不指示双星吸积。
• SED在∼1400 Å蓝端存在显著发射不足，但该现象可由星周消光（AV = 0.17，R(V) = 2.54）良好解释，而非环绕双星吸积所致。
• 即使在极端质量比和吸积率假设下，环绕双星吸积的分析模型也无法重现观测到的SED形状。
• 包括射电、红外、光学和紫外数据在内的多波段SED最符合一个消光的单个AGNSED，未发现双AGN特征的证据。