[论文解读] The WISSH quasars project VII. The impact of extreme radiative field in the accretion disk and X-ray corona interplay

L. Zappacosta, E. Piconcelli+15 more|arXiv (Cornell University)|Feb 3, 2020

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 65被引用 6

一句话总结

本研究探讨了极端辐射场在超亮类星体（L_bol ≳ 10^47 erg s⁻¹）中的影响，揭示了本征2–10 keV X射线亮度（L_2-10）与CIV发射线蓝移速度（v_CIV）之间存在显著的负相关性。结果表明，快速吸积盘风（v_CIV ≳ 3000 km s⁻¹）通过屏蔽日冕区域抑制X射线辐射，线驱动或磁流体力学驱动的风模型可通过辐射反馈机制解释观测到的X射线减弱现象。

ABSTRACT

Hyperluminous quasars ($L_{ m bol}\gtrsim 10^{47}$ erg s$^{-1}$) are ideal laboratories to study the interaction and impact of extreme radiative field and the most powerful winds in the AGN nuclear regions. They typically exhibit low coronal X-ray luminosity ($L_{ m X}$) compared to the UV and MIR radiative outputs ($L_{ m UV}$ and $L_{ m MIR}$) with a non-negligible fraction of them reporting even $\sim$1 dex weaker $L_{ m X}$ compared to the prediction of the well established $L_{ m X}$-$L_{ m UV}$ and $L_{ m X}$-$L_{ m MIR}$ relations followed by the bulk of the AGN population. We report in our WISE/SDSS-selected Hyperluminous (WISSH) $z=2-4$ broad-line quasar sample, the discovery of a dependence between the intrinsic 2-10 keV luminosity ($L_{ m 2-10}$) and the blueshifted velocity of the CIV emission line ($v_{ m CIV}$) indicative of accretion disc winds. In particular, sources with fastest winds ($v_{ m CIV}\gtrsim 3000~ m km s^{-1}$) possess $\sim$0.5-1 dex lower $L_{ m 2-10}$ than sources with negligible $v_{ m CIV}$. No similar dependence is found on $L_{ m UV}$, $L_{ m MIR}$, $L_{ m bol}$, photon index and absorption column density. We interpret these findings in the context of accretion disc wind models. Both magnetohydrodynamic and line-driven models can qualitatively explain the reported relations as a consequence of X-ray shielding from the inner wind regions. In case of line-driven winds, the launch of fast winds is favoured by a reduced X-ray emission, and we speculate that these winds may play a role in directly limiting the coronal hard X-ray production.

研究动机与目标

• 理解极端辐射场、吸积盘风与超亮类星体中X射线日冕辐射之间的相互作用。
• 研究为何部分类星体的X射线光度（L_X）相对于紫外和MIR输出表现出异常偏低。
• 确定CIV宽发射线风的速度是否与高光度AGN中的X射线薄弱性相关。
• 检验风驱动反馈机制（如X射线屏蔽）是否能解释观测到的L_2-10与v_CIV之间的关系。

提出的方法

• 分析WISE/SDSS选中的红移z=2–4宽线类星体样本，其L_bol ≳ 10^47 erg s⁻¹。
• 通过X射线谱拟合测量本征2–10 keV X射线光度（L_2-10），并校正吸收影响。
• 将CIV发射线蓝移速度（v_CIV）量化为吸积盘风速度的代理指标。
• 将L_2-10与v_CIV、L_UV、L_MIR、L_bol、光谱指数及N_H进行比较，以隔离依赖关系。
• 使用线驱动和MHD风模型解释观测到的v_CIV与L_2-10之间的负相关性。
• 评估方位角效应和风几何结构（如漏斗形喷流）对观测到的动力学与光度趋势的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在超亮类星体中，CIV发射线风的速度与本征2–10 keV X射线光度之间是否存在显著相关性？
• RQ2 为何部分超亮类星体的X射线光度比标准L_X–L_UV和L_X–L_MIR关系预测值低1个数量级？
• RQ3 风驱动反馈机制（如X射线屏蔽）是否能解释观测到的风速与X射线光度之间的负相关性？
• RQ4 吸积盘风中的辐射力与磁力如何影响极端AGN环境中X射线日冕的辐射？
• RQ5 方位角效应或风几何结构在L_2-10 – v_CIV关系观测散射中起多大作用？

主要发现

• CIV蓝移速度≥3000 km s⁻¹的源，其X射线光度（L_2-10）比v_CIV可忽略的源低0.5–1个数量级。
• v_CIV与L_2-10之间的负相关性在L_UV、L_MIR、L_bol、光谱指数或吸收柱密度中均未观测到，表明其与风动力学存在特定关联。
• 观测关系与内层风区对X射线的屏蔽作用一致，即快速风会抑制日冕X射线的产生。
• 结果支持线驱动或MHD驱动风模型，其中来自吸积盘的辐射反馈可限制快速外流中的X射线发射。
• PDS 456（一个本地超亮类星体，v_CIV ≈ 5200 km s⁻¹，L_2-10 ≈ (0.3–1)×10^45 erg s⁻¹）位于相同的L_2-10 – v_CIV关系上，支持其与高红移类星体的相关性。
• UFO中X射线的变异性（如PDS 456和APM 08279+5255）可能对L_2-10 – v_CIV关系的观测散射有贡献，提示存在动态反馈机制。