[论文解读] Spectral optical monitoring of a double-peaked emission line AGN Arp 102B: I. Variability of spectral lines and continuum

A. I. Shapovalova, Luka Č. Popović+15 more|arXiv (Cornell University)|Aug 11, 2013

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用 18

一句话总结

本研究对类星体Arp 102B开展了1987年至2010年的长期光学谱线监测，以探究其宽线区（BLR）的结构。通过互相关函数和Lomb-Scargle周期图分析，发现Hβ发射线相对于连续谱存在20天的时滞，估算黑洞质量约为1.1×10⁸ M☉，并在Hα红-蓝流量比中检测到370天的周期性，表明可能存在盘面不均匀性或轨道上的热点。

ABSTRACT

Here we present results of the long-term (1987-2010) optical spectral monitoring of the broad line radio galaxy Arp 102B, a prototype of active galactic nuclei with the double-peaked broad emission lines, usually assumed to be emitted from an accretion disk. To explore the structure of the broad line region (BLR), we analyze the light curves of the broad Hαand Hβlines and the continuum flux. We aim to estimate the dimensions of the broad-line emitting regions and the mass of the central black hole. We use the CCF to find lags between the lines and continuum variations. We investigate in more details the correlation between line and continuum fluxes, moreover we explore periodical variations of the red-to-blue line flux ratio using Lomb-Scargle periodograms. The line and continuum light curves show several flare-like events. The fluxes in lines and in the continuum are not showing a big change (around 20%) during the monitoring period. We found a small correlation between the line and continuum flux variation, that may indicate that variation in lines has weak connection with the variation of the central photoionization source. In spite of a low line-continuum correlation, using several methods, we estimated a time lag for Hβaround 20 days. The correlation between the Hβand Hαflux variation is significantly higher than between lines and continuum. During the monitoring period, the Hβand Hαlines show double-peaked profiles and we found an indication for a periodical oscillation in the red-to-blue flux ratio of the Hαline. The estimated mass of the central black hole is \sim 1.1 imes 10^8 M\odot that is in an agreement with the mass estimated from the M-σ* relation.

研究动机与目标

• 研究Arp 102B（一个双峰发射线AGN的原型）宽线区（BLR）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大小和黑洞质量。
• 在Hα线的红-蓝流量比中搜索周期性变化，可能指示吸积盘中的轨道不均匀性。
• 评估连续谱与线流量变化之间的相关程度，以探究BLR中的电离机制。
• 将时延映射法估算的黑洞质量与M–σ*关系估算结果进行比较。

提出的方法

• 采用长期光学光谱观测（1987–2010）获取Hα、Hβ和连续谱的光变曲线。
• 应用互相关函数（CCF）技术测量连续谱与发射线变化之间的时滞。
• 对Hα和Hβ的红-蓝流量比进行Lomb-Scargle周期图分析，以检测周期性振荡。
• 计算流量比和等效宽度，以评估本征Baldwin效应和电离条件。
• 利用测得的时滞和线宽（FWHM(rms)）通过时延映射法估算黑洞质量。
• 将时延映射法估算的质量与M–σ*关系估算结果进行比较，以验证估算值。

实验结果

研究问题

• RQ1 Arp 102B中连续谱与Hβ发射线变化之间的时滞是多少？这对BLR大小有何含义？
• RQ2 Hα线的红-蓝流量比是否存在周期性变化的证据？其成因可能是什么？
• RQ3 连续谱与宽发射线流量变化之间的相关性有多强？这对其电离机制有何启示？
• RQ4 基于时延映射法估算的中心黑洞质量是多少？与M–σ*关系估算结果相比如何？
• RQ5 双峰线轮廓及其变化是否支持BLR起源于吸积盘？

主要发现

• 通过互相关函数分析，测得连续谱与Hβ发射线变化之间存在约20天的时滞。
• Hα和Hβ线呈现双峰轮廓，峰值间距约为11,000 km s⁻¹，表明存在快速旋转的吸积盘。
• Hα线的红-蓝流量比显示出约370天的显著周期性，与盘面中轨道不均匀性或热点的存在一致。
• 连续谱与线流量变化之间的相关性较弱（r ~ 0.3–0.4），表明存在除中心连续谱之外的其他电离源。
• 基于时延映射法估算的黑洞质量约为1.1×10⁸ M☉，与通过M–σ*关系估算的质量结果高度一致。
• Hα线的均方根轮廓显示蓝翼区域变异性增强并存在中心峰值，可能指示存在中心BLR组分或不对称性。