新たなChanging-look quasar3C332の発見とdouble peakな輝線シナリオの制限
京都大学D3 和田一馬
概要

• 近年Changing-Look Quasar(CLQ)と呼ばれる可視光/中間赤外で明るさが大きく変化し、広輝線も出現/消失するほどの大きな変化を見せる天体が報告されてきている。
• 私たちは長期(~10年)の連続的な可視光変光を示す天体をCLQ候補として、2018年5月に西はりま天文台で分光観測を行なったところ3C332のHβ輝線が大きく変化していることを発見した。
• この天体は以前より、Hαでdouble-peakな輝線形状を持つとして報告されてきた• 円盤モデルで説明されるという報告もあるが、binary BHの可能性もある• 我々はさらなる3C332の特徴(BHmass、BLR半径、速度オフセットの変化)調査のため、2020年2月~2020年6月に計12回の分光観測をせいめい望遠鏡で行った。
• 2つのピークの速度オフセットの変化からdouble-peakの起源は円盤モデルとconsistentという結論を得た。
• またChanging-lookのタイムスケールはthermal timescaleと合っていることもわかった。

Changing-Look Quasar(CLQ)とは?

CLQの光度曲線とスペクトル変化の例

2等
10年

MacLeod et al.2016• 可視光(と中間赤外)で明るさが数年~十数年で1~2mag程度変化し、Hβなどの広輝線が出現/消失するほどの変化をするクエーサーのこと(通常クエーサーでも明るさは変化するが、数ヶ月~yearで0.2mag程度)

3C332の可視光/中間赤外変化• 可視光データは 可視光サーベイCatalina Realtime Transient Survey(CRTS)などや

mag(optical)

CRTS(V)

ASAS-SN(V)gaia(G) nayuta
URAT1(V)DECam(g)PS(g)
seimei

WISE (W2:4.6μm)
SDSS SDSS(g)HSTmag(mid-infrared)

過去に取られた分光観測結果からVバンド相当のデータに換算してプロット• 中間赤外データはWISEを参照した

WISE (W1:3.4μm)

MJD• HSTが最小でMJD56500あたりで最大の明るさになるとすると可視光で12年で2.5mag変化している• また中間赤外ではW1バンド(3.4μm),W2バンド(4.6μm)共に0.2mag以上変化した西はりま天文台での分光観測(2018年5月)

ﬂux density [10 17 erg cm 2 s 1 Å 1 ]• SDSSで2004年に取られたスペクトルではHβが弱かった(HSTではほとんどなかった)• 2018年5月に西はりまで観測したところHβが出現していた(下図;changing-look)

せいめい 2020/2/18
なゆた 2018/5/10
SDSS 2004/8/22
HST 2001/1/9

observed wavelength(Å)

せいめい望遠鏡で12回分光観測

ﬂux density [10 17 erg cm 2 s 1 Å 1 ]• 使用グリズム：VPH-blue• 露出時間：10分 6• 観測頻度：2週間に1回程度(2020年2月~6月)

observed wavelength(Å)• 下から順に時系列順になっている• スペクトルが重なるのを防ぐため、
図中では第i回目(i=1,2,...,12)の観測フラックスの値は+50 (i-1)した

スペクトルﬁtting

ﬂux density[10 17 erg cm 2 s 1 Å 1 ]• 連続光と広輝線と狭輝線をﬁt• 広輝線はガウシアン3つ(narrow1つ、broad2つ)
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58926

58953

58954

58963

58967

58982

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59007

rest wavelength(Å)

速度オフセットの時間変化と明るさとの関係

V oﬀset[km/s]

this paper

V(R)ーV(B) [km/s]

previous paper

HSTSDSS

今回の観測結果

MJD

Hβ ﬂux [10 17 erg cm 2 s 1 ]• binary SMBHの場合、左図の速度オフセットは周期を持ちオフセットの差が最小のときは観測者と2つのBHが1直線上に並ぶ時で速度オフセットはそれぞれ０で交差すると予想されていた• 今回追加した観測結果では、0で交差する前に傾向が反転していることがわかる• また、輝線強度と速度オフセットの差には負の相関があり、円盤モデルとconsistentHα ﬂux

Hβ ﬂux continuum ﬂux

輝線強度と連続光(at 5500Å)で反響マッピング

MJD

CCF r

CCF r

MJD

• lagとしてはCentroid lagを採用し、Hβのラグは57.0(＋13.0,-6.0)day、Hαのラグは54.1(＋13.0,-4.1)day• ほぼ同じ領域からHαもHβも出ているdisk model ﬁt

BLR
BH

face-onで見た図

先行研究(Gezari et al.2007)でのﬁt例• 広輝線領域(BLR)がリング状に分布するモデル(Chen Kaiyou, Halpern Jules P, & Filippenko Alexei V. 1989, ApJ, 339, 742)
• パラメーターは内縁半径ξ1、外縁半径ξ2、強度ε、localな輝線の幅σ
軌道傾斜角i、放射率のパワーq(半径の何乗で放射率が落ちていくか)の5つ• iとqは先行研究と同じi=36deg、q=3、σ=1600[km/s]で固定• 連続光、narrow lineの成分を差し引いてﬁttingする

ﬂux density[10 17 erg cm 2 s 1 Å 1 ]disk model ﬁt結果(Hβ)
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58926

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rest wavelength(Å)• 先行研究と同じく、blue側に円盤モデルでは説明できない部分がある-outﬂowの影響?

ξ2[l t-day]ξ1[l t-day]disk model ﬁt のパラメータの時系列変化

Hβ ﬂuxHβ ﬂux

MJD• 内縁半径とHβﬂuxは負の相関、外縁半径とHβﬂuxは正の相関になっている• 明るいほど外側まで光が届くので、外縁半径の正相関は予想通りだが、内縁半径に関しては検討中

近傍AGNのL-R関係とconsistent• 観測されたタイムラグは観測された5500Aの光度とconsistent だろうか？
• 求まったHβのタイムラグより R=57光日
Bentz et al.(2013)よりL-R関係はlog(RBLR /1ltday) = 1.527 + 0.533log( L /1044 L )• 計算するとL5500=1.9e74 erg/s/A• 一方、観測データからﬂux density(at 5500)~90*1e17 erg/s/cm/cm/A(=f5500とする)• z=0.151の場合、光度距離dl=6.92e8 pcなのでL5500=4π*dl*dl*f5500~5.2e74
上で求めたL5500の推定値と桁は一致。
タイムラグ計測の誤差やL-R関係の誤差など考えると十分一致していると思われる

ブラックホール質量の制限

Hβの円盤モデルﬁtの結果より
内縁半径~1.75
外縁半径~7.14

MBH /108 M
8MBH /10 M

[光日]
[光日]

時間差からは広輝線領域の半径の平均が求められるはずなので時間差の解析で求められた半径R=cτ=57 [光日]は上の半径の間にあるはず→ 1.75 MBH /108 M < 57 < 7.14 MBH /108 M
この不等式を解くと求めたいブラックホール質量の範囲がわかる
88.0< MBH /10 M <33changing-look のタイムスケール

Stern et al.(2018)より特徴的なタイムスケールは以下の4式で書ける

8.0 × 108M⊙ < MBH < 33 × 108M⊙ なので 上の式からそれぞれ 0.22< torb <0.9,8< tth <33,160< tfront <660,3200< tν <13200 [year]
光度曲線で増光していた時間は~13.7年程度のためthermal timescaleが最もよく合うまとめ• 私たちは長期(~10年)の連続的な可視光変光を示す天体をCLQ候補として、2018年5月に西はりま天文台で分光観測を行なったところ3C332のHβ輝線が大きく変化していることを発見した。
• 我々はさらなる3C332の特徴(BHmass、BLR半径、速度オフセットの変化)調査のため、2020年2月~2020年6月に計12回の分光観測をせいめい望遠鏡で行った。
• 2つのピークの速度オフセットの変化からdouble-peakの起源は円盤モデルとconsistentという結論を得た。
• Changing-lookのタイムスケールはthermal timescaleと合っていた• 内縁半径と輝線ﬂuxが反相関な原因やoutﬂowの影響は検討中• Hαのdisk model ﬁtは現在計算中でHβと比較する予定