[论文解读] The WISSH Quasars Project IV. BLR versus kpc-scale winds

G. Vietri, E. Piconcelli+22 more|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2018

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 104被引用 39

一句话总结

本研究调查了红移 z ≈ 2–4 的超亮类星体中宽线区（BLR）与千秒差距尺度喷流之间的关联，发现存在双峰分布：一类具有强 [OIII] 外流但 CIV 线弱蓝移，另一类则 [OIII] 弱但 CIV 线极度蓝移（最高达 8,000 km s⁻¹）。结果支持辐射驱动喷流模型，喷流特性与总辐射光度及电离连续谱斜率强烈相关，表明方位角效应和几何结构在观测到的喷流二分性中起关键作用。

ABSTRACT

We have undertaken a multi-band observing program aimed at obtaining a complete census of winds in a sample of WISE/SDSS selected hyper-luminous (WISSH) QSOs at z~2-4. We have analyzed the rest-frame optical (LBT/LUCI and VLT/SINFONI) and UV (SDSS) spectra of 18 randomly selected WISSH QSOs to measure the SMBH mass and study the properties of winds both in the NLR and BLR traced by blueshifted/skewed [OIII] and CIV emission lines, respectively. These WISSH QSOs are powered by SMBH with masses $\ge$10$^9$ Msun accreting at 0.4

研究动机与目标

• 理解红移 z ≈ 2–4 的超亮类星体中宽线区（BLR）与窄线区（NLR）喷流的物理起源及其关联。
• 研究观测到的喷流特性二分性（强 [OIII] 与弱 [OIII] 辐射）是否源于内在差异或方位角效应。
• 确定 CIV 发射线蓝移与总辐射光度（L_Bol）、爱丁顿比率（λ_Edd）及紫外-X 射线斜率（α_OX）等活动星系核基本参数的依赖关系。
• 评估宽线区喷流的动量与能量装载率，并与超高速喷流（UFOs）及窄线区喷流进行比较。
• 检验辐射驱动喷流是否为这些类星体中观测到的 CIV 线轮廓的主要机制。

提出的方法

• 获取了 18 个 WISE/SDSS 选中的 WISSH 类星体的静止系光学（LBT/LUCI，VLT/SINFONI）和紫外（SDSS）光谱，以测量超大质量黑洞质量并分析发射线的运动学特性。
• 测量 CIV λ1549 发射线和 [OIII] λ5007 发射线的静止系等效宽度（REW）及峰值速度偏移（v_CIV^peak），以追踪宽线区和窄线区喷流。
• 将总辐射光度（L_Bol）、爱丁顿比率（λ_Edd）及紫外- X 射线斜率（α_OX）作为关键活动星系核参数，与 CIV 蓝移进行相关性分析。
• 应用辐射驱动喷流模型，解释 v_CIV^peak 与 L_Bol 及 α_OX 的观测依赖关系，假设电离辐射将动量传递给喷流气体。
• 将宽线区喷流的动量与动能装载率（Ṗ_out / Ṗ_AGN 和 Ė_kin）与 UFOs 及 NLR 喷流进行比较，评估其相对效率。
• 利用 α_OX 参数建模电离结构，推断电离连续谱的形状及其在维持高速喷流中的作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 导致具有强 [OIII] 喷流的类星体与 [OIII] 弱但 CIV 线高度蓝移的类星体之间观测到的二分性原因是什么？
• RQ2 宽线区喷流的动力学与能量学特性如何与窄线区喷流及超高速喷流（UFOs）相比较？
• RQ3 CIV 发射线蓝移在多大程度上由总辐射光度和电离连续谱形状（α_OX）驱动？
• RQ4 方位角效应与宽线区喷流的极向几何结构是否能解释观测到的喷流特性双峰分布？
• RQ5 X 射线辐射在调节喷流气体的电离状态与速度方面起什么作用？

主要发现

• 样本揭示了两个截然不同的子群体：[OIII] 类星体的 REW_CIV ≈ 20–40 Å，且 v_CIV^peak ≤ 2,000 km s⁻¹；弱 [OIII] 类星体的 REW_CIV ≤ 20 Å，且 v_CIV^peak 高达 ∼8,000 km s⁻¹。
• CIV 蓝移对总辐射光度的依赖关系符合 v_CIV^peak ∝ L_Bol^0.28±0.04，与辐射驱动喷流模型一致。
• 发现 v_CIV^peak 与 α_OX 呈显著负相关，表明更陡的电离连续谱（X 射线发射更弱）更有利于产生高速喷流。
• 宽线区喷流的动量装载率较低（Ṗ_out / Ṗ_AGN ≤ 0.1），表明覆盖因子约为 ∼0.1，与喷流气体呈不连续、极向几何结构一致。
• 在少数情况下，宽线区喷流的动能输出（Ė_kin ∼ 10^44–45 erg s⁻¹）与窄线区喷流观测值相当，表明其向星际介质注入了显著能量。
• 观测趋势支持一种情景：方位角效应与宽线区喷流的极向几何结构可解释观测到的二分性，而电离连续谱形状（α_OX）是驱动 CIV 线偏移的主要因素。