[論文レビュー] An X-ray/SDSS sample (II): outflowing gas plasma properties

Michele Perna, G. Lanzuisi+3 more|arXiv (Cornell University)|May 23, 2017

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 59被引用数 24

ひとこと要約

本研究は、赤方偏移 z < 0.8 の 563 個の AGN における X線/SDSS データを分析し、積算スペクトルと信号対雑音比の高い発光線を有するサブサンプルを用いて、吹き出しガスプラズマの物理的状態を導出する。中央値電子温度は約 1.7×10⁴ K、密度は約 1200 cm⁻³ であり、一般的に仮定されている Ne = 100 cm⁻³ とは食い違う。これは、吹き出しエネルギーの見積もりを最大で 10 倍まで高めることにつながる可能性がある。

ABSTRACT

Galaxy-scale outflows are nowadays observed in many active galactic nuclei (AGNs); however, their characterisation in terms of (multi-) phase nature, amount of flowing material, effects on the host galaxy, is still unsettled. In particular, ionized gas mass outflow rate and related energetics are still affected by many sources of uncertainties. In this respect, outflowing gas plasma conditions, being largely unknown, play a crucial role. Taking advantage of the spectroscopic analysis results we obtained studying the X-ray/SDSS sample of 563 AGNs at z $&lt;0.8$ presented in our companion paper, we analyse stacked spectra and sub-samples of sources with high signal-to-noise temperature- and density-sensitive emission lines to derive the plasma properties of the outflowing ionized gas component. For these sources, we also study in detail various diagnostic diagrams to infer information about outflowing gas ionization mechanisms. We derive, for the first time, median values for electron temperature and density of outflowing gas from medium-size samples ($\sim 30$ targets) and stacked spectra of AGNs. Evidences of shock excitation are found for outflowing gas. We measure electron temperatures of the order of $\sim 1.7 imes10^4$ K and densities of $\sim 1200$ cm$^{-3}$ for faint and moderately luminous AGNs (intrinsic X-ray luminosity $40.5

研究の動機と目的

• AGN が駆動する吹き出しにおけるイオン化ガスの物理的状態、特に電子温度と密度を特徴づけること。
• 吹き出し質量流量およびエネルギーの推定に用いられる標準的仮定（例：Ne = 100 cm⁻³）の信頼性を評価すること。
• 診断図と発光線比を用いて、吹き出しガスのイオン化機構を調査すること。
• プラズマの性質が、AGN 活動とホスト銀河の進化を結びつけるフィードバックモデルに与える影響を評価すること。

提案手法

• 赤方偏移 z < 0.8 の 563 個の X線/SDSS AGN を用いた積算スペクトル解析により、温度および密度に敏感な線の信号対雑音比を向上させる。
• 信号対雑音比の高い [S II] λλ6716,6731 および [O III] λ4363 線を有するサブサンプルを分離・解析し、電子密度および温度の直接測定を実施。
• BPT などの診断図を用いてイオン化機構を推定し、光電離と衝撃励起の区別を行う。
• Hβ-[O III] および Hα-[N II] リージョンにおける、狭線、広線、吹き出し成分を分離するためのマルチコンポonentスペクトルフィッティングの適用。
• 得られたプラズマ特性を既存の文献および理論モデルと比較し、一貫性の有無を評価し、乖離を同定。
• スペクトル分解および運動論的モデリングの向上のため、ペナルティ付きピクセルフィッティング（pPXF）および非パラメトリック手法の使用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 やや弱い発光を持つ AGN（40.5 < log(LX) < 44）における吹き出しガスの中央値電子温度および密度は何か？
• RQ2 得られたプラズマ特性は、吹き出しエネルギー計算における標準的仮定 Ne = 100 cm⁻³ をどのように挑戦するか？
• RQ3 観測された吹き出しガスの主なイオン化機構（例：光電離対比衝撃励起）は何か？
• RQ4 発光成分間の空間的および運動論的分離が、診断図の解釈にどの程度影響を与えるか？
• RQ5 測定されたプラズマ特性は、AGN フィードバックおよび ISM との結合モデルの予測とどのように比較されるか？

主な発見

• 弱いからやややや発光の AGN における吹き出しガスの中央値電子温度は、積算スペクトルおよび高信号対雑音比の [O III] λ4363 線に基づき約 1.7×10⁴ K に測定された。
• 中央値電子密度は約 1200 cm⁻³ であり、68% の信頼区間は 700 から 3000 cm⁻³ の間であった。
• 診断図において衝撃励起の証拠が得られ、特に吹き出し成分における高い [S II]/Hα および [O I]/Hα 線幅比から明らかとなった。
• 一般的に仮定されている電子密度 Ne = 100 cm⁻³ は、吹き出し質量流量およびエネルギーの見積もりを最大で 10 倍まで高めることにつながる可能性がある。
• 以前の研究（例：Xu et al. 2007）との乖離は、初期の解析で解像度が不十分で成分の分離がなされていなかったことに起因するとされる。
• 高イオン化線（例：[Fe X] や [Ne V]）で観測された高密度領域（最大約 10⁵ cm⁻³）は、kpc スケールの吹き出しではなく、よりコンパクトで内側の領域を示していると考えられる。