УДК 524.7-8
МАССЫ И ТЕМПЫ АККРЕЦИИ СВЕРХМАССИВНЫХ ЧЕРНЫХ ДЫР В АКТИВНЫХ ЯДРАХ ГАЛАКТИК ИЗ ОБЗОРА ОБСЕРВАТОРИИ
ИНТЕГРАЛ
(©2012 г. Г. А. Хорунжев*, ^ Ю. Сазонов, Р.А.Буренин, А. Ю. Ткаченко
Институт космических исследований РАН, Москва Поступила в редакцию 26.12.2011 г.
Оценены массы 68 сверхмассивных черных дыр (СМЧД) в близких (г < 0.15) активных ядрах галактик, зарегистрированных обсерваторией ИНТЕГРАЛ в жестком рентгеновском диапазоне (17— 60 кэВ) вне плоскости Галактики (|Ь| > 5°). Использовались известные соотношения между массой СМЧД и 1) инфракрасной светимостью звездного балджа (по данным обзора 2МЛ88), 2) характеристиками широких эмиссионных линий (по данным телескопа РТТ-150). Для ряда объектов также проведено сравнение с более точными оценками массы СМЧД, полученными методом эхокартирова-ния и по результатам прямых динамических измерений. Массы СМЧД, полученные по корреляции со светимостью балджа, оказываются систематически выше оценок, сделанных другими методами. Для всех активных ядер галактик найдено отношение болометрической светимости к критической эддингтоновской светимости. Оно составляет от 1 до 100% для подавляющего большинства объектов.
Ключевые слова: активные ядра галактик, сверхмассивные черные дыры (СМЧД).
ВВЕДЕНИЕ
Измерение масс сверхмассивных черных дыр (СМЧД) в ядрах галактик является важной составляющей различных исследований как самих СМЧД, так и взаимосвязи между эволюцией галактик и ростом черных дыр в их центральных областях.
Наиболее надежный известный способ определения массы СМЧД связан с измерением кинематики звезд или движений газа в гравитационном поле центральной черной дыры. К сожалению, из-за конечного углового разрешения телескопов применимость этого метода пока ограничена близкими галактиками: динамические оценки масс СМЧД получены для примерно 50 ядер галактик (Гюль-текин и др., 2009), в подавляющем большинстве обычных (неактивных).
Отдельный интерес представляет измерение масс СМЧД в активных ядрах галактик (АЯГ) — в сейфертовских галактиках и квазарах, так как в них происходит активный рост черных дыр. Достаточно надежным считается метод эхокартирования (реверберации), применимый к АЯГ первого типа (с широкими эмиссионными линиями в оптическом спектре). Он заключается в: 1) измерении размера области, в которой рождаются широкие линии, по
Электронный адрес: horge@iki.rssi.ru
задержке между вариациями потоков излучения в линиях и непрерывном спектре, 2) измерении дисперсии скоростей газа в этой области по ширине линий и 3) применении вириальной теоремы для определения массы черной дыры по этим двум характеристикам. Основной проблемой, связанной с методом эхокартирования, является необходимость проведения многократных спектрофотомет-рических наблюдений АЯГ в течение нескольких недель или месяцев. Поэтому до сих пор таким способом удалось измерить массы СМЧД лишь в нескольких десятках сейфертовских галактик и квазаров (Каспи и др., 2000; Петерсон и др., 2004).
Из-за сложности применения описанных выше методов, которые могут считаться прямыми, для оценки масс СМЧД активно используются также косвенные методы. Так, в случае АЯГ первого типа в последнее время широко используется эмпирическая зависимость между массой СМЧД и характеристиками (ширина и светимость) широких линий (см., например, Вестергард, Петерсон, 2006). Физическое обоснование существования подобной зависимости было предложено Дибаем (1977). Также в последнее время массы СМЧД в АЯГ (как первого, так и второго типа) стали часто оценивать по корреляции с массой или дисперсией скоростей родительского звездного сфероида — эллиптической галактики или балджа спиральной галактики (Феррарезе, Мерритт, 2000; Тремейн и
др., 2002; Маркони, Хант, 2003; Гюльтекин и др., 2009).
В связи со все более активным использованием косвенных методов для определения масс СМЧД в АЯГ встает вопрос о том, насколько надежны такие оценки. В частности, является ли оправданным использование установленной для обычных галактик корреляции между свойствами звездного балджа и массой центральной СМЧД в случае активных галактик? Ранние исследования указывали на то, что отношение массы черной дыры к массе балджа в АЯГ систематически ниже, чем в обычных галактиках (Вандел., 1999). Однако в ряде последующих работ было показано, что АЯГ подчиняются той же корреляции между массой СМЧД и дисперсией скоростей в балдже (MBH—ст*), что и обычные галактики (Нельсон и др., 2004; Онкен и др., 2004; Ву и др., 2010; Грэм и др., 2011), правда, в то же время были выявлены значительные отличия в корреляции между массой черной дыры и светимостью балджа (Нельсон и др., 2004; Бенц и др, 2009). Интерпретация этих результатов осложняется тем, что использовавшиеся для сравнения с характеристиками балджа оценки Mbh были в основном получены методом реверберации, а следовательно определены с точностью до нормировочного коэффициента f в вириальной формуле (см. уравнение (9)), который может меняться от объекта к объекту в несколько раз. Кроме того, по крайней мере в случае одного типа АЯГ, а именно сейфертовских галактик первого типа с нетипично узкими линиями (narrow-line Seyfert 1 galaxies), можно считать надежно установленным, что СМЧД имеют массы значительно ниже значений, ожидаемых на основе корреляций с параметрами балджа, установленных для обычных галактик (Мазур и др., 2001; Вандел, 2002; Групе, Мазур, 2004). В качестве иллюстрации существующей неопределенности можно отметить, что в выборке 49 галактик, использовавшихся в работе (Гюльтекин и др., 2009) для построения корреляции между массами балджа и СМЧД, присутствуют три сейфертовские галактики с высокоточными (по мазерному излучению) оценками масс СМЧД, и у одной из них (галактика Циркуль) измеренная масса черной дыры оказывается примерно в 30 раз ниже ожидаемой по корреляции со звездной дисперсией скоростей!
В данной работе мы применили различные известные методы для того, чтобы определить массу СМЧД и отношение текущего темпа аккреции к критическому для представительной выборки близких сейфертовских галактик, составленной по результатам жесткого рентгеновского обзора всего неба обсерватории ИНТЕГРАЛ. Эта выборка уже использовалась и продолжает использоваться для различных систематических исследований местной
популяции АЯГ. Данная работа также позволяет нам сделать независимые выводы относительно применимости различных методов оценки масс СМЧД в АЯГ.
ВЫБОРКА
Мы использовали каталог АЯГ (Кривонос и др., 2007; Сазонов и др., 2007), зарегистрированных в жестком рентгеновском диапазоне энергий (17—60 кэВ) прибором IBIS/ISGRI (Убертини и др., 2003) на борту обсерватории "ИНТЕГРАЛ" (Винклер и др., 2003) в течение первых трех с половиной лет миссии, с октября 2002 по июнь 2006 г. В данной работе используется полная выборка 68 сейфертовских галактик первого (33 объекта) и второго (35 объектов) типов, не включающая блазары и объекты, расположенные вблизи галактической плоскости (|6| < 5°). Все АЯГ представляют близкую Вселенную (самый далекий объект имеет красное смещение z = 0.14). Основное достоинство выборки состоит в том, что она составлена на основе наблюдений в жестком рентгеновском диапазоне и поэтому практически не страдает от обычных эффектов селекции, связанных с поглощением излучения в АЯГ или трудностью его детектирования на ярком фоне галактики. Она может считаться представительной выборкой сейфертовских галактик в том смысле, что правильно отражает соотношение АЯГ первого и второго типов в местной Вселенной, а также охватывает практически всю функцию светимости сейфертовских галактик. Эта выборка использовалась и продолжает активно использоваться для систематического исследования свойств местной популяции АЯГ, таких как функция светимости и рапределение значений колонки фотопоглощения (Сазонов и др., 2007), суммарный широкополосный спектр рентгеновского излучения популяции (Сазонов и др., 2008), соотношение светимостей рентгеновского и инфракрасного излучения АЯГ (с использованием данных телескопа "Спитцер", Сазонов и др., 2012), соотношение рентгеновской светимости и светимости излучения в узких линиях (Сазонов и др., в подготовке). В дальнейшей работе данную выборку было бы интересно использовать для исследования того, как различные характеристики излучения АЯГ зависят от массы и режима аккреции СМЧД. Данная работа является первым шагом в этом направлении.
В табл. 1 собрана основная информация об исследуемых объектах. Морфологические типы и красные смещения галактик взяты в основном из баз данных HyperLeda и NED. Типы активных ядер, характеризующие их оптические свойства и
МАССЫ И ТЕМПЫ АККРЕЦИИ Таблица 1. Выборка АЯГ обзора обсерватории "ИНТЕГРАЛ" на |Ь| > 5°
Объект № Тип галактики Тип АЯГ z D, Мпк lgLi7_60K3B, эрг/с
MRK348 1 S0a S2 0.015 63.4 43.56
MCG-01-05-047 2 Sc S2 0.017 72.8 43.02
NGC 788 3 S0a S2 0.014 57.4 43.28
LEDA 138501 4 SI 0.049 213.3 44.34
MRK1040 5 Sbc SI.5 0.017 70.7 43.47
IGR J02343+3229 6 Sb S2 0.016 68.5 43.34
NGC 1068 7 Sb S2 0.004 14.4* 43.14
NGC 1142 8 Sb« S2 0.029 123.0 43.93
1H 0323+342 9 Sb?« NLS1 0.061 266.7 44.37
NGC 1365 10 Sb SI.8 0.005 17.9* 42.11
3C 111 11 E S1,BLRG 0.049 210.1 44.62
ESO 033-G002 12 SO S2 0.018 76.7 43.14
IRAS 05078+1626 13 SO? SI.5 0.018 75.8 43.61
ESO 005-G004 14 Sb S2 0.006 22.4* 42.18
MRK3 15 so S2 0.013 57.0 43.43
MRK6 16 SOa SI.5 0.019 79.7 43.45
IGR J07563-4137 17 SOa? S2 0.021 89.1 43.08
ESO 209-G012 18 Sa? SI.5 0.041 174.4 43.79
IRAS 09149-6206 19 SI 0.057 249.8 44.19
MRK110 20 Sa« NLS1 0.035 151.5 44.21
IGR J09446-2636 21 SI.5 0.142 658.2 45.31
NGC 2992 22 Sa S2 0.008 30.5* 42.76
MCG-5-23-16 23 SO S2 0.009 35.7 43.18
NGC 3081 24 SOa S2 0.008 32.5* 42.77
ESO 263-G013 25 Sb S2 0.033 142.7 43.72
NGC 3227 26 Sa SI.5 0.004 20.6* 42.67
NGC 3281 27 Sab S2 0.011 45.1 42.98
IGR J10386-4947 28 SI.5 0.060 262.1 44.09
IGR J10404-4625 29 SO S2 0.024 101.7 43.42
NGC 3783 30 Sa SI 0.010 38.5* 43.34
IGR J12026-5349 31 SO S2 0.028 119.5 43.62
NGC 4151 32 Sab SI.5 0.003 20.3* 43.37
MRK50 33 SOa« SI 0.023
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.