[论文解读] NGC 5548: The AGN Energy Budget Problem and the Geometry of the Broad-Line Region and Torus

C. M. Gaskell, E. S. Klimek+1 more|ArXiv.org|Nov 7, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用 34

一句话总结

该论文通过提出一个扁平的、非球对称的宽线区（BLR）几何结构，解决了NGC 5548中活动星系核的能量预算问题。该结构可屏蔽尘埃环不受直接电离辐射影响。这种屏蔽解释了观测到的高谱线等效宽度（覆盖因子约40%），使电离分层结构与光致电离模型一致，并通过允许尘埃更靠近星核存活，减少了尘埃时延响应的延迟时间。

ABSTRACT

We consider in detail the spectral energy distribution (SED) and multi-wavelength variability of NGC5548. Comparison with the SEDs of other AGNs implies that the internal reddening of NGC5548 is E(B-V) = 0.17 mag. The extinction curve is consistent with the mean curve of other AGNs found by Gaskell & Benker, but inconsistent with an SMC-type reddening curve. Because most IR emission originates exterior to the broad-line region (BLR), the SED seen by the inner BLR is different from that seen by the outer BLR and from the earth. The most likely BLR covering factor is ~ 40% and it is not possible to get an overall BLR covering factor of less than 20%. This requires that the BLR is not spherically symmetric and that we are viewing through a hole. Line-continuum variability transfer functions are consistent with this geometry. The covering factor and geometry imply that near the equatorial plane the BLR covering approaches 100%. The spectrum seen by the outer regions of the BLR and by the torus is thus modified by the absorption in the inner BLR. This shielding solves the problem of observed BLR ionization stratification being much greater than implied by photoionization models. The BLR obscuration also removes the problem of the torus covering factor being greater than the BLR covering factor, and gives consistency with the observed fraction of obscured AGNs. The flux reduction at the torus also reduces the problem of AGN dust-reverberation lags giving sizes smaller than the dust-sublimation radii.

研究动机与目标

• 解决活动星系核中长期存在的能量预算问题，即观测到的电离辐射通量不足以解释发射线的强度。
• 调和NGC 5548中高光致电离覆盖因子与缺乏莱曼限吸收之间的矛盾。
• 解释活动星系核中尘埃时延响应与亚亚化半径之间的差异。
• 利用多波段变异性与SED分析研究BLR和尘埃环的几何结构。
• 将结果推广至其他活动星系核，以NGC 5548作为代表性样本。

提出的方法

• 分析了NGC 5548（1993年）的哈勃空间望远镜（HST）、RXTE及地面观测的同步多波段光 light curves 和转移函数。
• 利用E(B-V) = 0.17 mag 和平均活动星系核消光曲线，对谱谱能量分布（SED）进行银河系及内部消光校正。
• 利用线-连续谱变异性转移函数推断BLR的几何结构及云团的径向分布。
• 模拟BLR屏蔽对尘埃环所见连续谱的影响，降低有效通量，使尘埃能在更靠近星核的位置存活。
• 应用覆盖因子约40%的光致电离模型，以匹配观测到的发射线强度和电离分层结构。
• 利用时延响应映射测得的尘埃亚化半径，并考虑BLR吸收导致的入射通量减少进行校正。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何NGC 5548中观测到的电离辐射通量不足以解释观测到的发射线等效宽度？如何与光致电离模型调和？
• RQ2 为何BLR覆盖因子较高（约40%）却与视线方向中缺乏莱曼限吸收一致？
• RQ3 何种BLR几何结构可解释NGC 5548中观测到的电离依赖性时延响应？
• RQ4 BLR吸收如何影响观测到的尘埃时延响应及推断的尘埃亚化半径？
• RQ5 为何尘埃环的覆盖因子不小于BLR的覆盖因子？BLR屏蔽如何解决这一长期矛盾？

主要发现

• 校正E(B-V) = 0.17 mag后，NGC 5548的本征SED支持BLR覆盖因子约40%的光致电离模型。
• BLR并非球对称；其为扁平结构，在赤道平面的覆盖因子接近100%，可实现对尘埃环的屏蔽。
• BLR屏蔽可解释BLR中强烈的电离分层结构，解决了观测线比与标准光致电离模型之间的矛盾。
• 由于入射通量降低，尘埃颗粒可在距离星核约120光日处存活，与观测到的尘埃时延响应一致。
• 当考虑BLR吸收后，尘埃环的覆盖因子略大于BLR的覆盖因子，解决了长期存在的不一致问题。
• 该模型可推广至其他活动星系核，因为NGC 5548的SED与变异性特征代表了更广泛的活动星系核群体。