測光 分光同時モニター観測によるアウトフロー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

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1 測光 分光同時モニター観測によるアウトフロー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

2 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

3 アウトフローガスの重要性 クェーサーの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 金属を母銀河に注ぎ込む 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 ; Moll et al ; Dunn et al. 2012). 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 (Everett 2005) や磁気力 + 輻射圧など.

4 クェーサー吸収線 クェーサーを背景光源として用いることにより 視線上に存在する物質 ( ガス ) を吸収線として捉えることが出来る. Intervening な吸収線 ( 一般的 ) アウトフロー Intrinsic な吸収線 ( 本研究 ) 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 )

5 アウトフローのつくる吸収線 様々な幅を持つ吸収線を示す! 三澤, 天文月報, 2007 検出率 : 10% - 15% 検出率 : 数 %- 5% アウトフロー 検出率 : 50% 程 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

6 先行研究 ~MINI-BAL,NAL の変動 ~ Q CIV mini-bal ( 変動あり ) Q Q CIV NAL ( 変動なし ) HS HE Q Q Q HE UM675 Q Q 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.

7 Misawa et al. (2005) なぜ mini-bal は時間変動を示すのか?

8 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=n γ /n e )

9 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

10 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. 測光モニター観測 : 木曽, 105cm シュミット望遠鏡 / KWFC 分光モニター観測 : 岡山, 188cm 望遠鏡 / KOOLS mini-bal クェーサーのみに 特別大きな光度変動傾向が確認されれば 電離状態変動シナリオをサポートする結果となるはず! 木曽 105cm シュミット望遠鏡 使用 filter : SDSS u,g and i 188cm 望遠鏡

11 木曽 岡山での過去の観測達成状況 観測時期木曽での達成度 (%) 岡山での達成度 (%) 2012/ / / / / / 今回は測光のお話 2012 / / / / / / / / / 解析は間もなく終了予定

12 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

13 サンプルクェーサーの光度曲線 (u-band) -0.6 mini-bal QSO Q (mini-BAL) HS (mini-BAL) -0.6 NAL QSO Q (NAL) Q (NAL) Q (NAL) HS に 0.3 mag の光度変動を確認 (mini- BAL QSO で最大 ) u 0 u Q1700 に 0.2 mag の光度変動を確認 (NAL QSO で最大 ) year-month year-month

14 サンプルクェーサーの光度曲線 (g-band) mini-bal QSO HS (mini-BAL) Q (mini-BAL) UM675(mini-BAL) Q (mini-BAL) NAL QSO Q (NAL) Q (NAL) Q (NAL) Q (NAL) Q (NAL) g -0.1 g UM675 に 0.22 mag の光度変動を確認 (g-band で最大 ) 0.2 平均的に 0.1 mag の光度変動. 際立った変動無し year-month year-month

15 サンプルクェーサーの光度曲線 (i-band) mini-bal QSO HS (mini-BAL) Q (mini-BAL) UM675(mini-BAL) Q (mini-BAL) NAL QSO Q (NAL) Q (NAL) Q (NAL) Q (NAL) Q (NAL) i i Q1157, UM675 に 0.1 mag 以上の比較的大きな光度変動を確認 (i-band で最大 ) 0.1 平均的に 0.05 mag の光度変動. 際立った変動無し year-month year-month

16 光度曲線の結果のおさらい 2 年間以上の測光モニター観測の結果 mini-bal クェーサー HS1603 と UM675 に特に大きな光度変動が確認された (HS1603 : u-band で 0.3 mag, UM675 : g-band で 0.22 mag) NAL クェーサーの光度変動の最大値は u-band で 0.2 mag 程度 (Q ). 全体的に短波長側のフィルターの方が大きな光度変動を示す (mini-bal, NAL クェーサー問わず 明るくなると青くなる ). この結果は従来の先行研究 (e.g. Giveon et al. 1999; Tre`vese, Kron & Bunone 2001) と矛盾のないものである.

17 STRUCTURE FUNCTION について Structure Function(di Clemente et al. 1996) : 観測の Time Lag (rest-frame) とともに クェーサーがどのような光度変動傾向を見せるのかを 異なる分類 ( ここでは mini-bal と NAL) やフィルターに対し調べる. Rengstorf et al Δm(Δτ) : 観測期間間隔 Δτ=t 2 - t 1 (rest-frame) における光度変動 σ 2 n : t 1, t 2 における測光誤差の平方和 今回はデータ点の多い g-band について structure function をプロットした.

18 STRUCTURE FUNCTION (g-band) 0.2 mini-bal QSO の分布は比較的急 mini-bal QSO(g-band) combine(g-band) NAL QSO(g-band) NAL straight line mini-bal straight line Structure Function (mag) NAL QSO の分布は非常に緩やか Rest Frame Time Lag (days)

19 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

20 BAL クェーサー APM (z=3.87) での 0.3 mag 程の光度変動 (R band : λ c ~ 6000Å) と BAL の等価幅の変動がリンクしている (Trevese et al. 2013). 電離状態変動シナリオの考察 我々の mini-bal クェーサー (z=2-2.5) も 0.3mag 程度の光度変動と 吸収線の変動がリンクする可能性あり!? 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). Trevese et al. 2013

21 Structure Function からの光度変動の考察 分布の傾きの違いから mini-bal QSO と NAL QSO とで光度変動の 振る舞いに差があるように思える. Structure Function (mag) mini-bal QSO(g-band) combine(g-band) NAL QSO(g-band) NAL straight line mini-bal straight line Rest Frame Time Lag (days) しかし 我々の NAL QSO は平均的に z~2.8 で V=16.2 であるが mini-bal QSO は z~2.3 で V=16.9 である. Δm(Δτ) と L bol の反相関関係 (e.g. Cristiani et al. 1997; Vanden Berk et al. 2004) を反映しているだけかもしれない.

22 まとめ 展望 2 年以上に渡る観測の結果 mini-bal クェーサー HS , UM675 に比較的大きな光度変動が確認された ( それぞれ 0.3 mag, 0.22 mag). 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! Structure Functuion の解析の結果 mini-bal, NAL クェーサーとでフィット直線の傾きに差が出たが Δm(Δτ) と L bol の反相関関係を反映しているだけかもしれない. mini-bal, NAL クェーサーが今後さらに大きい光度変動及び 吸収線の変動を見せ それらの変動がリンクする可能性がある. 木曽 / 岡山でさらに観測を進める. 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.

23 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 et al. 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 (Gofford et al. 2014) Gallager et al. (2007) XMM-Newton ( from ESA)

24 Cristiani et al に見られた光度変動と光度の反相関関係

25 色変動 - 光度変動分布 色 : 短波長側のフィルターの等級と長波長側のフィルターの等級の差 -0.2 かなり強い相関 (r=0.94) が確認された HS (mini-BAL) Q (mini-BAL) -0.2 かなり強い相関 (r=0.84) が確認された Q (NAL) Q (NAL) Q (NAL) (u-g) 0 (u-g) u mini-bal QSO 明るくなると青く 0.2 なる!! u NAL QSO

26 Giveon et al. (1999) 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 )!

27 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=n γ /n e )

28 MINI-BAL,NAL の吸収線スペクトル Q ( 左 )mini-bal クェーサー HS1603 と ( 右 )Q1700 の吸収線スペクトル (Misawa et al. 2014, submitted). mini-bal をもつサンプルには明らかな変動が確認されている.

29 吸収線の消滅の確認されたクェーサー SDSS J (ze =2.468, V=18.65, logl bol = 47.05, logm BH = 9.39) mini-bal の消滅 BAL の消滅 NAL へと変貌 SDSSI/II SDSS III t = days mini-bal の消滅 Filiz AK et al. (2012)

30 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).

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

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