[論文レビュー] A soft X-ray study of Type I AGN observed with Chandra HETGS

Barry McKernan, T. Yaqoob+1 more|May 17, 2007

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 89

ひとこと要約

本研究では、チャンドラHETGSを用いた15例のタイプI AGNのソフトX線スペクトルを統一的に分析し、そのうち10例が10–1000 km s⁻¹の速度で、10²⁰–10²³ cm⁻²の吸収体密度を持つ光電離された、吹き出し中の温い吸収体を示していることが明らかになった。温い吸収体は、ξ ∼ 10⁰–10⁴ erg cm s⁻¹の広いイオン化度範囲を示し、低イオン化成分は解像できないFe Kα遷移アレイを生成し、おそらく幾何学的仮定が妥当な場合、ブラックホールの降着レートを上回る最大の質量吹き出しを担っている可能性がある。

ABSTRACT

We present the results of a uniform analysis of the soft X-ray spectra of fifteen type I AGN observed with the high resolution X-ray gratings on board \emph{Chandra}. We found that ten of the fifteen AGN exhibit signatures of an intrinsic ionized absorber. The absorbers are photoionized and outflowing, with velocities in the range $\sim 10^{1}-10^{3}$ km $ m{s}^{-1}$. The column density of the warm absorbing gas is $\sim 10^{20-23} m{cm}^{-2}$. Nine of the ten AGN exhibiting warm absorption are best--fit by multiple ionization components and three of the ten AGN \emph{require} multiple kinematic components. The warm absorbing gas in our AGN sample has a wide range of ionization parameter, spanning roughly four orders of magnitude ($ξ\sim 10^{0-4}$ ergs cm $ m{s}^{-1}$) in total, and often spanning three orders of magnitude in the same gas. Warm absorber components with ionization parameter $ξ<10$ generate an unresolved transition array due to Fe in seven of the ten AGN exhibiting warm absorption. These low ionization state absorbers may also carry away the largest mass outflows from the AGN. The mass outflow rate depends critically on the volume filling factor of the gas, which cannot yet be directly measured. However, upper limits on the mass outflow ratesfor filling factors of unity can be much greater than the expected accretion rate onto the central supermassive black hole and filling factors as small as 1% can give outflow rates comparable to the accretion rate. There appears to be a gap in the outflow velocities in our sample between $\sim 300-500$ km $ m{s}^{-1}$, the origin of which is not clear. The outflow components with velocities below this gap tend to be associated with lower column densities than those with velocities above the gap.

研究の動機と目的

• チャンドラHETGSデータを用いて、15例のタイプI AGNのソフトX線放射について、統一的かつ高分解能のX線スペクトル解析を実施すること。
• タイプI AGNに内在する温い吸収体を特定・特徴づけること。特に、イオン化状態、運動学的性質、吸収体密度に焦点を当てる。
• 温い吸収体の質量吹き出しレートを評価し、中心に存在する超大質量ブラックホールへの降着レートと比較すること。
• ソフトX線バンドにおけるスペクトルの複雑さの原因を解明すること。特に、光電離された吹き出しによる吸収特徴に注目する。
• 吹き出し成分における速度ギャップの存在を調査し、その物理的意味を検討すること。

提案手法

• チャンドラHETGSで観測された15例のタイプI AGNの高分解能ソフトX線スペクトル（0.5–2 keV）に対して、統一的なスペクトルフィッティングを実施した。
• 光電離モデル（XSTARを用いて）を用いて、イオン化パラメータ（ξ）、吸収体密度（NH）、および吹き出し速度（v）を制約した。
• O VIIおよびO VIIIエッジ、Fe Kαラインプロファイル、およびFe L殻遷移からの解像できない遷移アレイ（UTA）を含む吸収特徴を分析した。
• Fe UTAの寄与を評価し、低イオン化吸収体の寄与を特定した。Fe UTAは、低ξ、高密度ガスの診断的特徴である。
• 得られたNHおよびvを用いて質量吹き出しレートを推定し、体積充填率（f）に依存する感度を評価した。f = 1およびf = 0.01の上限を適用した。
• 特にNGC 3516およびNGC 3783において、複数観測のスペクトル変動性と吸収特徴を比較し、状態依存性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 タイプI AGNは、ソフトX線スペクトルに一般的に光電離され、吹き出し中の温い吸収体を有するのであろうか？
• RQ2 これらのAGNの温い吸収体成分におけるイオン化パラメータ（ξ）および吹き出し速度（v）の範囲は何か？
• RQ3 低イオン化温い吸収体は、総質量吹き出しレートにどの程度寄与しているのか？また、Fe解像できない遷移アレイ（UTA）を用いて同定可能であろうか？
• RQ4 推定された質量吹き出しレートは、中心ブラックホールへの期待される降着レートと比べてどうか？また、体積充填率にどの程度依存するか？
• RQ5 なぜ300–500 km s⁻¹の間で吹き出し速度の分布にギャップが生じているのか？その原因となる物理的要因は何か？

主な発見

• 15例中10例のタイプI AGNが、10–1000 km s⁻¹の速度で、明確な内部的、光電離された、吹き出し中の温い吸収体の痕跡を示している。
• 温い吸収体の吸収体密度は10²⁰–10²³ cm⁻²の範囲を示し、イオン化パラメータ（ξ）は10⁰–10⁴ erg cm s⁻¹の4桁の範囲をカバーしており、10例中9例のAGNで複数のイオン化度成分が必要であることが判明した。
• 低イオン化成分（ξ < 10 erg cm s⁻¹）は、7例の温い吸収体を示すAGNで、Fe L殻遷移からの解像できない遷移アレイ（UTA）を生成している。
• 体積充填率が1の場合、質量吹き出しレートは中心ブラックホールへの期待降着レートを上回る可能性がある。f = 1%であっても、吹き出しレートは降着レートと同等の大きさを示す。
• 約300–500 km s⁻¹の間で、吹き出し速度の分布に顕著なギャップが観測されており、低速度成分は高エネルギー成分よりも一般的に吸収体密度が低い。
• 低イオン化吸収体は、Fe UTAによって検出可能であり、おそらく最大の質量吹き出しを担っているとされ、ソフトX線バンドで最も適切に研究できる。