KWFCとKOOLSを用いたアウトフローガスの電離状態変動シナリオの検証	

信州大学大学院 総合工学系研究科 D1

堀内 貴史
共同研究者 : 三澤透,諸隈智貴,小山田涼香,岡本理奈,高橋一馬	

目次	
・ 導入・研究の目的
・ 観測	・ 結果・ 電離状態変動シナリオの考察	
・ 展望・まとめ	クェーサーのアウトフローガスの重要性	
・ 降着円盤より放出される、アウトフローは	
1) 降着円盤より角運動量を排除し、新たなガスの降着を促進する. そのため、クェーサーの成長に不可欠な要素である(Murray et al. 1995;
Proga et al. 2000).
2) 多量のエネルギー、金属を母銀河に放出する ⇒ 星形成の抑制、宇宙の化学進化に重要な役割を果たす(Di Matteo et al. 2005 ; Moll etal. 2007 ; Dunn et al. 2012).
Title：A journey to "black hole winds"
提供者： Nahum Arav & Dan Zukowski		

アウトフローガスの放出には降着円盤の輻射圧による影響が大きい(Murray et al.
1995, Proga et al. 2000).
その他、磁気力(Everett2005)や磁気力+輻射圧など.	

クェーサーのアウトフローガスの重要性	
・ 降着円盤より放出される、アウトフローは	
1) 降着円盤より角運動量を排除し、新たなガスの降着を促進する. そのため、クェーサーの成長に不可欠な要素である(Murray et al. 1995;
Proga et al. 2000).
2) 多量のエネルギー、金属を母銀河に放出 ⇒ 星形成の抑制、宇宙の化学進化に重要な役割を果たす(Di Matteo et al. 2005 ; Moll et al.
2007 ; Dunn et al. 2012).

アウトフローガスの観測	
Interveningなガス	

Intrinsicなガス(アウトフロー)	

クェーサーを背景光源として用いることで、アウトフローガスに由来する(クェーサーにintrinsicな)吸収線を調べる.	

濱野 他.(2012年度 東京大学理学系研究科プレスリリース解説記事)	

アウトフローのつくる吸収線	三澤,天文月報, 2007	

様々な幅を持つ吸収線を示す!	

アウトフロー	

アウトフローの時間変動を調査することで、アウトフローの構造・環境に制約を与えることが出来る!!	

時間変動を示すものが少ない	

先行研究 ～MINI-BAL,NALの変動～	
Q1946+7658	

Q1157+014	

CIV mini-BAL (変動あり)

Q0450-1310	 CIV NAL (変動なし)
Q0130-4021	

HS1603+3820 	

Q1009+2956	
HE1341-1020	

HE0151-4326	

UM675	

Q0940-1050	

Q1700+6416	

Q2343+125	

クェーサーの静止系におけるCIV mini-BAL(左)とNAL(右)をもつ計12天体の等価幅のモニター観測結果(Misawa et al. 2014, submitted). mini-BALをもつサンプルにのみ明らかな変動が確認されている.	

なぜmini-BALは時間変動を示すのか？	

可能性は低い (Misawa et al. 2007)	

可能性は低い (Misawa et al. 2010)	Misawa et al. (2005)	

電離状態変動シナリオと研究目的	
目的: mini-BAL, NALを持
つクェーサーに対するアウ
トフローの電離状態変動シナリオの検証
シナリオの概要			
クェーサーの光度変動がアウトフローガスの電離状態に変化を与えるというシナリオ
Hamann (1997) 	
電離パラメーター	

(U=nγ/ne)	

目次	
・ 導入・研究の目的
・ 観測	
・ 結果
・ 電離状態変動シナリオの考察	
・ 展望・まとめ	電離状態変動シナリオの検証方法	
2≦z≦3のmini-BAL, NALクェーサー(それぞれ4個, 5個)に対する測光・分光同時モニター観測を実施する. そして、クェーサーの光度と吸収線の変動が同期するかを確かめる. 	

・分光モニター観測: 岡山, 188cm望遠鏡/ KOOLS・測光モニター観測: 木曽, 105cmシュミット望遠鏡/ KWFC

188cm望遠鏡 	

木曽105cmシュミット望遠鏡		
使用filter : SDSS u,g and i	木曽・岡山での過去の観測達成状況	
観測時期	

岡山での達成度 (%)	木曽での達成度 (%) 	

2012/ 4	100	2012/ 5	1002012/ 8	40	2012/ 9	50	50	

2012/ 10	702012/ 11	80	2012 / 12	60	2013/ 1	40	2013/ 2	50	2013/ 3	90	2013/ 5	80	

2013/ 9	50	100	

2013/ 12	30	25	2014/ 3	0	0	2014/ 6	90	50	目次	・ 導入・研究の目的
・ 観測	・ 結果 (吸収線と光度曲線)
・ 電離状態変動シナリオの考察	
・ 展望・まとめ	mini-BALクェーサーHS1603+3820の規格化したスペクトル	
CIV mini−BAL of Quasar HS1603+3820

219/9/2012
30/5/2014

Black : 2012/ 9のスペクトル

Relative Intensity

1.5Blue : 2014/ 6のスペクトル

CIV mini-BAL(↓ 次項で拡大)	

10.5

KOOLSは本研究を遂行するにあたって、十分な威力を発揮している!!	

04900

500051005200

5300
Wavelength (Å)

5400

5500

5600

5700

HS1603+3820のCIV mini-BAL	
・右図はmini-BALクェーサ
ーHS1603(z=2.54)のCIV
mini-BAL

CIV mini−BAL of Quasar HS1603+3820

1.2

19/9/2012
30/5/2014

・ 観測のインターバルは1年9ヶ月(クェーサーの静止系で約半年)

・この間mini-BALが全体的に深く変動しているのが確認出来る(黒: 2012 /9, 青:2014 /6)!	

Relative Intensity

1.1

10.9

0.8

深くなる!!	
0.7

0.6

5280

5300

5320
Wavelength (Å)

5340

5360

HS1603の光度変動とCIV mini-BALの変動の結果	
・右図上段はHS1603のu,g,ibandでの光度曲線を示す.

-0.1

・ 2012年9月から2014年5月の間にクェーサーは暗くなり続ける(最大0.25mag程の光度変動 : uband). またこの間、mini-BALは深くなっている.

0.1

HS1603+3820(mini-BAL:u-band)
HS1603+3820(mini-BAL:g-band)
HS1603+3820(mini-BAL:i-band)

光度曲線(測光)	

6m0

2012/ 9	0.2

0.3

2014/ 5	0.4
12-04

12-07

12-10

13-01

13-04

13-07

13-10

14-01

14-04

year-month・ ただし、吸収線に関してはデータが2つの期間しかないためしかないため、今後も観測が必要.	

19/9/2012
30/5/2014

吸収線(分光)	
1.1

Relative Intensity

・上記の期間で、クェーサーの光度変動と吸収線の変動がリンクしている可能性がある!

CIV mini−BAL of Quasar HS1603+3820

1.2

10.9

0.8

0.7

0.6528053005320
Wavelength (Å)

5340

5360

14-07

目次	・ 導入・研究の目的
・ 観測	
・ 結果(光度曲線とStructure Function)
・ 電離状態変動シナリオの考察	
・ 展望・まとめ	アウトフローの電離状態変動シナリオの考察	
-0.1

HS1603+3820(mini-BAL:u-band)
HS1603+3820(mini-BAL:g-band)
HS1603+3820(mini-BAL:i-band)

光度曲線(測光)	

06m

・クェーサーが暗くなると吸収線が深くなる → 再結合(CV→CIV)
で吸収線が深く変動したと考えら
れる.
・ CIVのガス密度neの下限値を0.1

2012/ 9	0.2

0.3

2014/ 5	により評価すると(α = 2.8×10-12cm3/s : 再結合係数, t var : 吸収線の変動時間の上限値)、

0.412-04※Misawa et al. (2007)の値と5倍程異なる(ne > 1×105 /cm3).

12-10

13-01

13-04

13-07

13-10

14-01

14-04

year-month
CIV mini−BAL of Quasar HS1603+3820

1.219/9/2012
30/5/2014

吸収線(分光)	

ne > 2.3×104 /cm3となる.

1.1

Relative Intensity

・しかし、観測期間の間隔が大きいため強い制限がかけられない.

12-07

10.9

0.8

0.7

0.6

5280

5300

5320
Wavelength (Å)

5340

5360

14-07

電離状態変動シナリオを支持する先行研究の例	
・Trevese et al. (2013)では、クェーサーAPM 08279+5255の0.3 mag 程の光度変動(R band :λc~ 6000Å)と、BALの等価幅の変動がリンクしていることが確認された(電離状態変動シナリオを支持する可能性の高い結果)!!
・我々のmini-BALクェーサー(z=2-2.5)も上記の結果と同程度の光度変動と、吸収線の変動がリンクしている可能性あり!?

Trevese et al. (2013)	

・光度変動は典型的には数ヶ月、数年でそれぞれ0.1、最大0.5等級の変動を見せる(Webb & Malkan
2000). → 今後の観測に期待!!

まとめ・展望	
・KOOLSは本研究に対応しうる、十分に高い性能を持つことが確認された. また、電離状態変動シナリオの正当性を評価するための十分な分光データの数がかせげていない. →木曽/岡山でさらに観測を進める必要がある.
・ 2年以上に渡る測光・分光同時モニター観測の結果、mini-BALクェーサー
HS1603+3820は暗くなり続け、吸収線が深くなった. 光度とアウトフローの変動がリンクしている可能性がある！

・分光の観測及び解析を進め、等価幅-時間のプロットを作成する.	
・ 電離状態変動シナリオには補助機構が存在する. 補助機構の一つは、降着円盤内縁に存在する遮蔽ガスの変動が下流のアウトフローの電離状態に変化を与えるというものである. シナリオ検証のため、 X線観測天文衛星(XMM-Newton等)も用い、可視・X線同時モニター観測を将来的に、実施する計画である.

なぜmini-BALは時間変動を示すのか？	

Misawa et al. (2005)	

電離状態変動シナリオの補助機構の考察	
・ X線分光観測で観測されるWarm Absorber(e.g. Krongold etal. 2007)の光学的厚さが変動することで、連続光が調節され、下流に存在するアウトフローガスの電離状態に影響を与えている可能性がある !
・ Warm absorber の変動の期間はおおよそ1週間程度(Goffordet al. 2014)	

XMM-Newton ( from ESA)	
Gallager et al. (2007)	

Vanden Berk et al. 2004に見られた光度変動と光度の反相関関係	

色変動-光度変動分布より分かったこと	
Giveon et al. (1999)では半数のサンプルクェーサーに明るくなると青くなる傾向が確認されている.
本研究において上記の分布図を確認したと
ころ、mini-BAL、NALクェーサー問わず明るくなると青くなる傾向が確認された

mini-BAL,NALクェーサーとで連続光放射の形態は変わらない可能性が高い(本研究で初めて判明)!		
Giveon et al. (1999)	

電離状態変動シナリオの検証	
本研究におけるクェーサーの光度変動の最大値は0.2等級程である.

しかし、CIII ⇄ CIVの過程には1.5等級程の光度変動が必要(Δlog U~0.6)
つまり、典型的なmini-BALの変動のタイムスケール(数週間から数ヶ月)を仮定した場合、電離状態変動シナリオを支持する可能性は低い!!

Hamann (1997) 	

(U=nγ/ne)	

クェーサーの構造の概念図	
約70%のクェーサーでアウトフローガスが観測される(Hamman et al. 2012).