[论文解读] Spectral optical monitoring of 3C390.3 in 1995-2007: I. Light curves and flux variation of the continuum and broad lines

A. I. Shapovalova, Luka Č. Popović+10 more|arXiv (Cornell University)|Mar 10, 2010

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 59被引用 32

一句话总结

本研究对宽线射电星系3C 390.3开展了为期12年的光学光谱监测计划（1995–2007年），分析了连续谱与宽Hα/Hβ线的光 light curves、时间延迟以及轮廓变化。研究发现，连续谱与Hβ通量之间存在95天的延迟，Hα则为120天，且存在支持存在盘状BLR结构并伴有额外非盘状成分的证据，表明在超大质量黑洞附近存在复杂且分层的发射区。

ABSTRACT

Here we present the results of the long-term (1995-2007) spectral monitoring of the broad line radio galaxy \object{3C~390.3}, a well known AGN with the double peaked broad emission lines, usually assumed to be emitted from an accretion disk. To explore dimensions and structure of the BLR, we analyze the light curves of the broad H$α$ and H$β$ line fluxes and the continuum flux. In order to find changes in the BLR, we analyze the H$α$ and H$β$ line profiles, as well as the change in the line profiles during the monitoring period. First we try to find a periodicity in the continuum and H$β$ light curves, finding that there is a good chance for quasi-periodical oscillations. Using the line shapes and their characteristics (as e.g. peaks separation and their intensity ratio, or FWHM) of broad H$β$ and H$α$ lines, we discuss the structure of the BLR. Also, we cross-correlate the continuum flux with H$β$ and H$α$ lines to find dimensions of the BLR. We found that during the monitoring period the broad emission component of the H$α$ and H$β$ lines, and the continuum flux varied by a factor of $\approx $4-5. Also, we detected different structure in the line profiles of H$α$ and H$β$. It seems that an additional central component is present and superposed to the disk emission. In the period of high activity (after 2002), H$β$ became broader than H$α$ and red wing of H$β$ was higher than the one of H$α$. We found time lags of $\sim$95 days between the continuum and H$β$ flux, and about 120 days between the continuum and H$α$ flux. Variation in the line profiles, as well as correlation between the line and continuum flux during the monitoring period is in the favor of the disk origin of the broad lines with the possible contribution of some additional region and/or some kind of perturbation in the disk.

研究动机与目标

• 通过长期光谱监测，研究宽线区（BLR）在射电辐射AGN 3C 390.3中的几何结构与动力学特性。
• 测定连续谱与宽发射线变化之间的时滞，以估算BLR的大小与结构。
• 分析Hα与Hβ线轮廓的变化，评估盘状结构与非盘状成分对发射线的贡献。
• 检验光 light curves 中的准周期振荡（QPOs）是否与盘面不稳定性或喷流活动相关。

提出的方法

• 从1995年至2007年构建了连续谱、Hβ和Hα宽发射线通量的长期 light curves。
• 应用互相关函数（CCF）分析，测量连续谱与线通量变化之间的时滞。
• 分析线轮廓形状，包括峰值间距、强度比和FWHM，以推断BLR的动力学与几何结构。
• 使用傅里叶变换与自相关技术对连续谱与Hβ light curves 进行准周期振荡（QPO）检测。
• 比较Hβ与Hα线蓝翼与红翼的变化，评估BLR中对称性与运动模式。
• 利用测得的时滞，通过关系式 R = c × τ 估算BLR的大小。

实验结果

研究问题

• RQ1 3C 390.3中连续谱与宽Hβ发射之间的时滞是多少？这对BLR的大小与几何结构有何含义？
• RQ2 Hα与Hβ线轮廓如何随时间演变？它们揭示了BLR的何种动力学特性？
• RQ3 连续谱与线 light curves 中是否存在准周期振荡（QPOs）？其成因可能是什么？
• RQ4 宽发射是否来自盘状结构，还是需要额外成分（如外流或喷流相关发射）来解释观测到的线轮廓？
• RQ5 3C 390.3中电离连续谱与光学发射线之间存在何种关系？

主要发现

• 在1995–2007年的监测期间，宽Hβ与Hα发射线及连续谱通量变化幅度约为4–5倍。
• 测得连续谱与Hβ宽发射线通量变化之间存在约95天的时滞，与先前研究结果一致。
• 连续谱与Hα线通量变化之间测得约120天的更长时滞，提示BLR中可能存在分层结构。
• Hβ与Hα的蓝翼与红翼及核心之间无显著时滞，支持BLR中存在盘状、主要为圆周运动的结构。
• 自2002年后高活动期，Hβ线变宽且红翼强度高于Hα，表明BLR结构发生改变。
• 在Hβ与连续谱 light curves 中检测到周期约为10年的准周期振荡（QPOs），可能与盘面不稳定性或喷流活动有关。