[论文解读] The quasar Main Sequence explained by the combined effects of physical factors and orientation

Swayamtrupta Panda, P. Marziani+1 more|arXiv (Cornell University)|May 5, 2019

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 4被引用 5

一句话总结

本文通過方位角效應與物理因素解釋類星體主序列，表明極端FeII發射體（xA類星體，R_FeII ≈ 1–2）源自高Eddington比與有利的視線角度。該研究解決了R_FeII > 2源的稀有性問題，歸因於強烈的方位角與動力學約束對Hβ FWHM的影響，並對宇宙距離測量具有啟示意義。

ABSTRACT

We address the effect of orientation of the accretion disk plane and the geometry of the broad line region (BLR) as part of an effort to understand the distribution of quasars in the optical plane of the quasar main sequence. We utilize the photoionization code CLOUDY to model the BLR incorporating the grossly underestimated form factor ($f$). Treating the aspect of viewing angle appropriately, we re-discover the dependence of the $R_\mathrm{FeII}$ sequence on $L/L_\mathrm{Edd}$ and on the related observational trends - as a function of the SED shape, cloud density and composition, verified from prior observations. Sources with $R_\mathrm{FeII}$ in the range 1 -- 2 (about 10\% of all quasars, the so-called extreme Population A [xA] quasars) are explained as sources of high, and possibly extreme Eddington ratio along the $R_\mathrm{FeII}$ sequence. This result has important implication for the exploitation of xA sources as distance indicators for Cosmology. $\mathrm{FeII}$ emitters with $R_\mathrm{FeII} > 2$ are very rare (<1\% of all type 1 quasars). Our approach also explains the rarity of these highest $\mathrm{FeII}$ emitters as extreme xA sources and constrains the viewing angle ranges with increasing $\mathrm{H\beta}$ FWHM.

研究动机与目标

• 利用方位角與物理參數解釋類星體在類星體主序列光學平面中觀測分佈的目標。
• 通過方位角與幾何效應，解決R_FeII > 2（極端FeII發射體）類星體稀少的問題。
• 利用光電離模型驗證R_FeII對L/L_Edd、SED形狀、雲層密度與組成的依賴性。
• 透過約束其視線角度與物理條件，評估xA類星體（R_FeII ≈ 1–2）作為宇宙距離指示器的潛力。

提出的方法

• 使用光電離代碼CLOUDY，以修正過往低估的形因子（f）形式，模擬寬線區（BLR）。
• 在模型中將吸積盤的視線角度與BLR幾何形狀作為關鍵變數，以再現觀測到的趨勢。
• 變更Eddington比（L/L_Edd）、雲層密度與組成等物理參數，模擬觀測到的R_FeII序列。
• 分析R_FeII對L/L_Edd與SED形狀的依賴性，並將結果與先前的觀測數據匹配。
• 應用與方位角相關的發射效應，解釋高R_FeII源在觀測中極為稀少的原因。
• 根據觀測到的Hβ FWHM約束視線角度範圍，以解釋R_FeII > 2類星體的稀少性。

实验结果

研究问题

• RQ1 吸積盤的視線角度與BLR幾何形狀如何影響類星體中觀測到的R_FeII序列？
• RQ2 為何R_FeII > 2的類星體極其稀少？哪些物理與幾何因素限制了它們的出現？
• RQ3 在修正形因子的光電離模型中，R_FeII–L/L_Edd關係能在多大程度上被再現？
• RQ4 高Hβ FWHM源的視線角度受到何種約束？它們與FeII發射強度有何關聯？
• RQ5 基於其視線角度與Eddington比，極端Population A類星體（R_FeII ≈ 1–2）能否可靠地用作宇宙距離指示器？

主要发现

• 模型透過正確的方位角與修正的形因子，成功再現了R_FeII對L/L_Edd與SED形狀的觀測依賴性。
• xA類星體（R_FeII ≈ 1–2），佔所有類星體約10%，可解釋為具有高至極端Eddington比與有利視線角度的源。
• R_FeII > 2的類星體極其稀少（少於類星體類型1的1%），主要由於BLR幾何形狀的強烈方位角與動力學約束。
• 高R_FeII源的稀少性由視線角度與Hβ FWHM的共同效應所解釋，限制了可觀測參數空間。
• 模型約束了高Hβ FWHM源的允許視線角度範圍，為極端FeII發射體的觀測稀少性提供了物理解釋。
• 研究結果支持xA類星體作為宇宙距離指示器的潛力，前提是其視線角度與Eddington比得到充分理解。