Recalibrating Black Hole Mass Estimators Using High S/N Keck Spectra

Abstract

21세기 들어 대부분의 은하의 중심에 거대 블랙홀이 위치한다는 사실이 널리 받아 들여 지고 있다. 이런 블랙홀들은 단지 존재할 뿐 아니라 모 은하와 다양한 상관 관계를 보임으로 인해 모 은하의 진화에도 밀접하게 연관되어 있으리라 여겨지고, 따라서 거대 블랙홀을 연구하는 것은 은하 자체를 연구하는 데에 있어서도 중요한 부분이다. 많은 선행 연구를 통해, 블랙홀의 질량은 활동성 은하핵의 경우 넓은 방출선의 선폭 과 연속선 또는 방출선의 광도의 조합으로 나타낼 수 있다는 사실이 알려지게 되었다. 이 연구에서는 적색 편이 0.4정도에 위치하는 36개의 타입 1 활동성 은하핵을 분광 관측하여 그 중심에 있는 거대 블랙홀의 질량을 추산하는 여러 방법들을 비교 분석하 였다. 켁 망원경으로 관측하여 신호 대 잡음 비가 100을 넘어서는 좋은 관측 자료와, 공개된 자료인 슬로안 디지털 하늘 탐사(Sloan Digital Sky Survey, SDSS) 에서 얻은 자료를 합하여 우리는 활동성 은하핵의 주요한 넓은 방출선들인 Hα 6563 Å, Hβ 4861 Å, 그리고 MgII 2800 Å 의 세 방출선을 모든 대상에 대해 얻을 수 있었다. 가장 믿을 만한 블랙홀 질량을 제공한다고 여겨지는 Hβ 의 속도 분산과 5100 Å 의 연속선 광도로 구성되는 블랙홀 질량을 기준으로 하여 우리는 측정한 여러 방출선들의 선폭(Full-width at half maximum, FWHM) 과 속도 분산, 연속선 광도와 방출선 광도 를 여러 가지 방식으로 조합하여 다양한 블랙홀 질량 공식을 이끌어 내었으며, 시험해 본 모든 조합의 블랙홀 질량 공식이 기준이 되는 질량과 비교하였다. 발머 계열 방출 선을 이용한 블랙홀 질량들은 기준 질량과 비교하여 로그 단위에서 0.2 미만의 데이터 분산을 보였고, 마그네슘 라인을 이용한 블랙홀 질량 공식은 발머 계열의 신뢰도보다 다소 떨어지긴 하지만 로그 단위로 0.27 미만의 데이터 분산을 보임으로써 우리가 새로 이끌어낸 블랙홀 질량들이 신뢰할 만함을 입증하였다.

We compare and recalibrate black hole mass estimators using a sample of 36 moderate- luminosity Type 1 AGNs selected at z ~ 0.4. Combining the high S/N ratio Keck spectra with SDSS archival spectra, we perform a detailed multi-component spectral decomposition analysis and measure the width and luminosity of the Mg II 2798 Å, Hβ 4861 Å and Hα 6563 Å lines, to calibrate single-epoch mass estimators. By using the best-calibrated Hβ line width and AGN continuum luminosity at 5100 Å as reference values, we derive black hole mass ( MBH ) recipes based on various combinations of the line widths and luminosities. After applying new calibrations, mass estimators based on the combination of line dispersion and luminosity show best agreement within 0.16 dex scatter while mass estimators based on the FWHM and luminosity of emission lines are also reliable within 0.27 dex.