Physically motivated AGN emissivity profiles and their effects on quasar microlensing signatures. 1. Multi-epoch accretion disc size inference

Resumo Técnico: Perfis de emissividade de AGN motivados fisicamente e seus efeitos nas assinaturas de microlente de quasares

Definição do Problema
O microlente de quasares serve como uma sonda primária para as escalas de tamanho físico dos fluxos de acreção em escalas de micro-segundos de arco. No entanto, existe uma discrepância persistente entre os tamanhos de disco inferidos por estatísticas de microlente e aqueles previstos pela teoria padrão de disco de Shakura-Sunyaev (1973), frequentemente referida como o "problema do tamanho do disco". Essa tensão reflete achados de campanhas de mapeamento de reverberação de contínuo. As análises atuais de microlente tipicamente modelam a distribuição de brilidade superficial da fonte usando prescrições simplificadas, como perfis gaussianos circulares ou modelos de disco fino padrão. Essas abordagens frequentemente negligenciam a presença de estruturas de emissão de contínuo estendidas, especificamente a emissão de contínuo difusa de recombinação (free-bound) originada da Região de Linhas Largas (BLR). Os autores postulam que interpretar uma imagem de emissão composta (disco compacto + BLR estendida) como um único disco compacto introduz vieses sistemáticos nas dimensões inferidas.

Metodologia
Os autores constroem um arcabouço motivado fisicamente para quantificar o impacto da emissão difusa de grande escala nas assinaturas de microlente. A metodologia procede em três estágios:

1. Modelagem Intrínseca do Disco: Os autores adaptam o framework agnsed (Kubota & Done 2018) para gerar perfis de emissividade energeticamente consistentes. Eles modelam dois modelos fiduciais de fluxo de acreção:

   • Um disco térmico padrão de Shakura-Sunyaev (1973).
   • Um disco modificado apresentando uma região de Comptonização quente (coroa quente) entre o disco padrão externo e um plasma interno de raios X.
     Estes modelos utilizam um perfil de temperatura de Novikov-Thorne (1973) e consideram o aquecimento por irradiação de raios X o disco em ambos os lados. Os modelos produzem SEDs (Distribuições Espectrais de Energia) completas e mapas de emissividade 2D para passagens de banda específicas.

2. Cálculo do Contínuo Difuso da BLR: Utilizando o código de fotoionização cloudy (Ferland et al. 2017), os autores computam a emissão de contínuo difusa de recombinação (free-bound) gerada pela BLR. Eles assumem uma geometria bicônica com uma fração de cobertura de $f_c \approx 0.3$ e equilíbrio de fotoionização. A emissão da BLR é calculada com base na SED ionizante dos modelos agnsed, assumindo radiação isotrópica da superfície iluminada da BLR.

3. Simulação de Microlente e Recuperação de Tamanho:

   • Mapas de Magnificação: Os autores geram mapas de magnificação no plano da fonte usando a técnica de Mapeamento de Polígono Inverso de Método de Multipolo Rápido (FMM–IPM) para configurações de lente de paridade positiva (mínimo) e negativa (sela).
   • Convolução: Os mapas de emissividade 2D (incorporando tanto o componente do disco quanto o da BLR) são convolvidos com os mapas de magnificação para produzir distribuições de magnificação de fonte estendida.
   • Observações Simuladas: Eles geram 100 curvas de luz de microlente simuladas desenhando trajetórias aleatórias através dos mapas de magnificação, simulando restrições observacionais (cadência, ruído, lacunas) baseadas no conjunto de dados Cosmograil.
   • Inferência de Tamanho: Os tamanhos das fontes são recuperados comparando as estatísticas de variabilidade (desvio padrão da magnificação de microlente, $\sigma_{\Delta m}$) das curvas de luz simuladas contra uma grade de raios de metade do brilho (half-light radii) de teste. A recuperação é realizada sob três suposições de modelagem diferentes: (1) apenas disco Shakura-Sunyaev padrão, (2) apenas disco com Comptonização quente, e (3) o modelo composto completo de Comptonização quente + BLR.

Contribuições Principais e Resultados

• Sensibilidade do Perfil de Emissividade: O estudo descobre que a forma detalhada do perfil de emissividade do disco compacto (térmico vs. Comptonização quente) tem apenas um efeito de ordem superior na profilagem de microlente. O sinal de microlente é primariamente sensível ao raio de metade do brilho efetivo da fonte.
• Impacto da Emissão Difusa da BLR: A inclusão do contínuo difuso da BLR altera significamente as assinaturas de microlente. Como a emissão da BLR se origina de escalas fisicamente maiores, ela atua como um componente de suavização que faz a média da rede de cáusticas de pequena escala. Isso resulta em distribuições de magnificação mais estreitas e amplitudes de variabilidade reduzidas em comparação com modelos de apenas disco compacto.
• Dependência de Comprimento de Onda: A magnitude do viés é fortemente dependente do comprimento de onda, ditada pela contribuição fracionária da emissão difusa da BLR para a SED total na banda observada. Em bandas de baixa energia (ex: $\lambda \approx 7500$ Å), onde a contribuição da BLR é significativa ($\sim 30\%$), o efeito de suavização é pronunciado. Em bandas de alta energia (ex: $\lambda \approx 1650$ Å), onde a contribuição da BLR é mínima ($\sim 1.4\%$), o efeito é negligenciável.
• Viés Sistemático de Tamanho: Quando curvas de luz simuladas geradas a partir de um modelo composto (disco + BLR) são analisadas usando prescrições de fonte de apenas disco compacto, o raio de metade do brilho inferido superestima sistematicamente o verdadeiro tamanho do disco compacto. O tamanho recuperado tende para o raio de metade do brilho efetivo da fonte composta.
• Mecanismo de Viés: Os autores esclarecem que este viés não é uma simples média ponderada pelo fluxo dos raios do disco e da BLR; em vez disso, no regime óptico/UV, onde a fração de fluxo da BLR é inferior a 50%, o tamanho inferido é determinado pelo raio necessário para envolver metade do total (disco + BLR) do fluxo. Como a BLR adiciona fluxo sem contribuir significativamente para a emissão interna compacta, o raio necessário para envolver 50% do fluxo total desloca-se para fora, levando a um aumento aparente de tamanho.

Significância
O artigo conclui que uma parte do "problema do tamanho do disco" — o excesso sistemático nos tamanhos de disco de acreção inferidos por microlente — provavelmente surge da interpretação da emissão composta disco+BLR como emissão de um único disco de acreção compacto. Ao negligenciar o contínuo difuso estendido da BLR, as análises de microlente padrão medem efetivamente um tamanho "efetivo" que é maior do que o verdadeiro tamanho do disco compacto. Este achado fornece uma explicação física para a tensão de tamanho observada tanto em microlente quanto em mapeamento de reverberação de contínuo, sugerindo que a discrepância não é necessariamente uma falha da teoria de disco padrão, mas sim uma consequência de uma modelagem de fonte incompleta que omite regiões de reprocessamento estendidas. Os autores enfatizam que seus resultados são de escopo modesto, demonstrando o viés através de modelos motivados fisicamente em vez de alegar resolver todas as tensões observacionais, mas estabelecem que a contribuição fracionária da emissão difusa é um parâmetro crítico na inferência de tamanho.