速度分解エコーマッピングで探る
巨大ブラックホール周辺のガス流出入
川口 俊宏 (山口大学)
共同研究者: A. Pancoast (UCSB), 峰崎 岳夫 (東大IoA)

ダストトーラス

降着円盤
巨大BH〇 2-3m級可視光望遠鏡が世界の最先端の成果を出している分野〇 実質的にここ数年で始まったばかり〇 モデル計算に必要な準備の研究が済んだので紹介します
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0. 知りたいこと
1pc
X線
BH

可視光
UV
降着円盤?

Collin (2001)：
AGN中心部の構造模式図(~log スケール)

NIR-MIRトーラス

Q1. トーラスから円盤へのガス供給(ガスのため池・ダム? BH成長を支配?)
Q2. 円盤風によるガス流出?
今日は、主にQ3. 方向依存? 両者の遷移 (on ~4yr)? …
可視光輝線に2/14

ついて話します1.1 Echo mapping とは: 広輝線放射領域のサイズ測定
光度曲線

照射光
光源

紫外線相互相関9か月照射光連続光
可視光
輝線

He II
輝線
Ly a

輝線放射雲

C IV

◆ 遅延時間測定(サイズ測定)⇒ BH質量C III◆ Stratified ionization
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再放射光
(遅延)

Hb

Peterson et al.

時間

1.2 速度分解Echo mappingとは: 速度毎の遅延測定
モデル計算例
速度分解
エコーマップ

遅延時間

観測例

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濃度:
flux

輝線
形状
視線速度(波長)波長◆ 観測データの質(観測頻度, モニター期間, スペクトルS/N 等)不足のため、よくわからなかった。
◆ 同じHSTデータから、別/逆(inflow, outflow)の結論(1995--1997)。

1.2 速度分解Echo mapping: ここ数年の展開

遅延時間

例: Lick Obs. 3m Shane telescope, 64 nights,
12 objects

観測Ha

HbHg

「infallを示唆」

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遅延時間

視線速度(波長)モデル計算例(infallモデル)
視線速度

1.2 速度分解Echo mapping:
今後必要なもの/まだ足りないもの〇 理論面: モデル計算の絶対的不足 (おそらく、十分な精度の観測データが不足していたため)
観測データが何を示しているのか導くのに不可欠必要な準備研究を終えたので続く数ページで説明します。
〇 観測面: 分光データのS/N and/or
観測頻度(現状は、typical interval~2日)⇒ 経度の異なる望遠鏡の連携モニターが必要
高S/N分光が必要な例

観測頻度上昇が有効な例
光度曲線
連続光70日

Hb6/14

2.1 トーラス内縁の位置・構造 (1/2)
近赤外線光度変動をプローブとして少しずつ判明してきた◆ 観測: MAGNUM望遠鏡 = 世界最大規模の測光モニター
近赤外線遅延時間∝光度^0.5 (Oknyanskij+01; Suganuma+06)⇒ dust sublimationがトーラス内径を決める物理過程◆ 理論: トーラス内縁からの放射の変動応答 (Transfer function)＊ Barvainis (1992):
X 光学的に薄いトーラス＊ Oknyanskij+ (1999):
X 集録のため、詳細不明＊ Kawaguchi+ (2010,2011):〇 光学的に厚いトーラス〇 観測された光度—遅延時間関係を説明する唯一のモデル
我々のモデル7/14(Kawaguchi+11)2.1 トーラス内縁の位置・構造 (2/2)◆ 位置: ガス雲の温度がsublimation温度(~1500K)になるところがトーラス内縁◆ 形状: 照射光強度が内縁の形を決める
鍵 = 円盤放射の非等方性 (軸方向ほど強く、斜め/横へは弱い)＊ 光学的に厚い板状放射体の宿命＊ が、従来は(簡単化のため)等方放射を仮定→ 観測結果と理論予測に謎の不一致＊ 非等方性を考慮 (Kawaguchi+10,11)⇒ BHに近い & すり鉢型

8/14(Kawaguchi+10)2.2 広輝線領域(BLR)の位置・構造◆ 測光・分光モニター観測 ⇒ BLR半径~(1/3 – 1/5)トーラス半径
遅延時間 (半径)(Suganuma+06)
トーラス内縁◆ BLRサイズを決める物理過程＊説1: dust sublimation(Netzer & Laor 93)

BLR
光度＊説2: 輝線を出すのに丁度良い
ionization parameter (~Flux/Ne)のガス雲が光る (Baldwin+ 95)⇒ どちらの説にせよ照射強度が決める⇒ トーラスと同じくすり鉢型形状だと考えられる
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2.3 トーラス内縁と輝線領域: 特徴のまとめ◆ トーラス内縁: 近赤外線連続光〇 物理過程にはっきりした基盤: dust sublimation× 運動情報無し〇 観測・理論共に、日本が世界をリード
ここから中心エンジンへのガス供給を観たい◆ 輝線領域: 可視光広輝線, X線中性鉄輝線△ (BLRの)物理過程少し不定性〇 運動情報得られる (Doppler shift)
× BLRサイズ測定(エコーマッピング): 米国が主導？ 運動測定(速度分解エコーマッピング): たぶん追いつける(実質的には、最近始まったばかり)

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3.1 モデル計算で目指しているところ
時間変動をモデル計算し、観測データとの比較から、トーラス—円盤間のガス流出入を明らかにしたい

観測者◆ (軸方向は噴出・トーラス方向は流入などの)
方向依存性◆ 天体毎に速度分解エコーマップは少し異なる。起源は?
＊光度(ガス降着率)?
＊BH質量?
＊視線角による見かけ?
＊光度・質量に依らない?

回転軸

中性鉄輝線
広輝線

(Collin+Kawaguchi 04)◆ 流入・流出状態の遷移＊間欠的噴出?
＊(Jet?)ガス噴出に伴う?

ダストトーラス
降着円盤

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3.2 構造変化のタイムスケール
r [104 RSch]1234

107.5 Msun BH, Lbol/LEdd = 0.1
5z [0.15 pc]

3500

BH+diskー・ー

広輝線
領域

トーラス

3000

Clump-to-clump
velocity dispersion

2500(~ rotation velocity)

2000km/s
1500
1000(Kawaguchi 13)

r [0.15pc]◆ BLR構造の時間変化が期待されるタイムスケール:
r/V ~ 4年 (MBH/107.5Msun)0.25 (Lbol/LEdd/ 0.1)0.75⇒ 初期に一度良質のデータ取得 → 長く貴重な参照データに

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3.3 モデルが満たすべき条件 ⇒ 仮定(ガスの配置・運動)に① 輝線形状② 輝線形状の光度依存性:
Eddington比大程、輝線形状がpeaky(たぶん)強い制限(Collin, Kawaguchi,Peterson, Vestergarrd 06)

boxier(肩が発達)
Gaussian
profile(2.35)
peakier(裾が広い)

Eddington 比(天体の全光度 / Eddington 光度比) 13/14

4. まとめ◆ 可視光中型望遠鏡による速度分解エコーマッピング,
Astro-H X線衛星による中性鉄輝線の速度分解 の時代へ
＝ トーラスから降着円盤へのガス供給・ガス噴出が観れる時代に[ (おそらく)ブラックホールの成長を決めている部分 ]◆ 広輝線領域の速度分解エコーマップは、今が黎明期◆対応する輝線時間応答の理論モデルを構築します。
(観測データが何を意味するのか理解するのに必要)◆ モデル構築の準備として必要な、トーラス内縁モデルの開発を終えました。

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