[论文解读] Spectral optical monitoring of 3C 390.3 in 1995-2007: II. Variability of the spectral line parameters

Luka Č. Popović, A. I. Shapovalova+7 more|arXiv (Cornell University)|Jan 25, 2011

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 37被引用 22

一句话总结

本研究分析了1995年至2007年间3C 390.3宽发射线的长期光学谱变异性，发现Hα和Hβ的双峰轮廓最符合具有可变内/外半径的盘状宽线区（BLR）模型。巴尔末减量随速度和周期变化，表明发射区大小和电离结构存在差异，且线心处可能有额外发射贡献，暗示存在复杂动力学过程，包括可能的内流/外流。

ABSTRACT

A study of the variability of the broad emission-line parameters of 3C390.3, an active galaxy with the double-peaked emission-line profiles, is presented. We give a detail analysis of variation in the broad Ha and Hb profiles, the ratios, and the Balmer decrement of different line segments. Studying the variability of the line profiles we explore the disk structure, that is assumed to emit the broad double-peaked Ha and Hb emission lines. We divided the observed spectra in two periods (before and after the outburst in 2002) and analyzed separately the variation in these two periods. First we analyzed the spectral emission-line profiles of Ha and Hb, measuring the peak positions. Then, we divided lines into several segments, and we measured the line-segment fluxes. The Balmer decrement variation for total Ha and Hb fluxes, as well as for the line segments has been investigated and discussed. We modeled the line parameters variation using an accretion disk model. We compared the variability in the observed line parameters with the disk model predictions and found that the variation in line profiles and in line segments corresponds to the emission of a disk-like BLR. But, also there is probably one additional emission component that contributes to the Ha and Hb line center. We found that the variation in the line profiles is caused by the variation in the parameters of the disk-like BLR, first of all in the inner (outer) radius which can well explain the line parameter variations in the Period I. The Balmer decrement across the line profile has a bell-like shape, and it is affected not only by physical processes in the disk, but also by different emitting disk dimension of the Ha and Hb line. The geometry of the BLR of 3C390.3 seems to be very complex, and inflows/outflows might be present, but it is evident that the broad line region with disk-like geometry has dominant emission.

研究动机与目标

• 研究射电辐射强烈的类星体3C 390.3中宽Hα和Hβ发射线轮廓的长期变异性。
• 确定观测到的双峰线轮廓是否源于盘状宽线区（BLR），并评估盘内物理变化的影响。
• 研究线轮廓中巴尔末减量的变化，并评估其与速度和连续谱流量的关系。
• 识别可能对线轮廓有贡献的、超出盘模型的额外发射组分。
• 将观测到的线参数变异性与吸积盘模型的预测进行比较，以推断盘的几何结构与动力学特征。

提出的方法

• 将13年的监测数据划分为两个时期：2002年爆发前的时期I（1995–2002年）和爆发后的时期II（2003–2007年）。
• 测量Hα和Hβ线的峰值位置和流量，并将每条线划分为多个速度段以进行详细分析。
• 计算总线轮廓和各速度段的巴尔末减量（f(Hα)/f(Hβ)），并作为速度的函数进行分析。
• 使用具有可变内半径和外半径的吸积盘模型，对观测到的线轮廓和巴尔末减量变异性进行建模。
• 采用互相关技术（ICCF和ZCCF）测定连续谱与线流量变异性之间的时延。
• 将观测到的线参数和巴尔末减量变异性与模型预测进行比较，以推断盘结构及潜在的非盘组分。

实验结果

研究问题

• RQ1 在13年的光学监测期间，3C 390.3的Hα和Hβ宽发射线轮廓如何变化？
• RQ2 观测到的线轮廓变异性在多大程度上可由盘状宽线区的几何变化来解释？
• RQ3 预-和后2002年爆发期之间，巴尔末减量行为差异的原因是什么？
• RQ4 是否存在超出盘状BLR的额外发射组分的证据？若存在，其在速度空间中的位置如何？
• RQ5 盘状BLR的内半径和外半径的变化如何影响观测到的线流量和轮廓形状？

主要发现

• Hα和Hβ线轮廓始终显示双峰结构，且蓝峰占主导，表明存在盘状BLR几何结构。
• 时期I（1995–2002年）中线轮廓的变化最符合盘状BLR内半径和外半径变化的解释，尤其影响远端翼部。
• 在时期I中，巴尔末减量（BD）随连续谱流量增加而减小，表明存在可变电离度或光学厚度效应；而在时期II中，BD几乎保持恒定（约4.5）。
• BD轮廓在±6000 km s⁻¹附近呈现两个速度相关的极大值，中心处出现最小值（接近零速度），且该最小值在±2000 km s⁻¹之间移动，表明存在不对称发射，该现象无法被盘模型完全解释。
• 建模结果表明，若Hα发射区大于Hβ发射区，则可重现钟形BD-速度轮廓，暗示两线具有不同的空间范围。
• 线轮廓中存在中心峰值，且在时期I与时期II中线段对连续谱流量的响应不同，表明存在超出主导盘发射的额外发射组分，可能源于外流/内流或盘扰动。