[論文レビュー] Anatomy of the AGN in NGC 5548: I. A global model for the broadband spectral energy distribution

M. Mehdipour, J. S. Kaastra+25 more|arXiv (Cornell University)|Jan 6, 2015

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 84被引用数 73

ひとこと要約

本稿では、NGC 5548のグローバルな広帯域スペクトルエネルギー分布（SED）モデルを提示し、軟X線過剰が、降着円盤に接する単一の温かく光学的に厚いコロナのコンプトン化尾部であることを特定する。モデルは、2013年の遮蔽を、流出する弱くイオン化度の低いガス流（遮蔽体）によるものとし、本質的な連続スペクトルに変化をもたらさずに、遠方の光電イオン化ガスのイオン化状態を変化させることを説明する。

ABSTRACT

An extensive multi-satellite campaign on NGC 5548 has revealed this archetypal Seyfert-1 galaxy to be in an exceptional state of persistent heavy absorption. Our observations taken in 2013-2014 with XMM-Newton, Swift, NuSTAR, INTEGRAL, Chandra, HST and two ground-based observatories have together enabled us to establish that this unexpected phenomenon is caused by an outflowing stream of weakly ionised gas (called the obscurer), extending from the vicinity of the accretion disk to the broad-line region. In this work we present the details of our campaign and the data obtained by all the observatories. We determine the spectral energy distribution of NGC 5548 from near-infrared to hard X-rays by establishing the contribution of various emission and absorption processes taking place along our line of sight towards the central engine. We thus uncover the intrinsic emission and produce a broadband continuum model for both obscured (average summer 2013 data) and unobscured ($

研究の動機と目的

• 2013年の遮蔽状態と遮蔽なし状態の両方において、近赤外からハードX線エネルギーにわたるNGC 5548の本質的広帯域SEDを特定すること。
• NGC 5548における軟X線過剰の物理的起源を特定すること、特にそれがコンプトン化コロナに起因するのか、あるいは追加の成分に起因するのかを明らかにすること。
• 遮蔽体（流出し、弱くイオン化度の低いガス）が、遠方の光電イオン化ガス（温かい吸収体）のイオン化状態と熱的安定性に与える影響を調査すること。
• 2013年の遮蔽イベント中にNGC 5548の本質的連続スペクトルが変化するのか、それとも観測されたスペクトル変化が吸収効果によるものなのかを特定すること。
• 視線方向のX線遮蔽と温かい吸収を含む広帯域放射と吸収プロセスのモデル化により、本質的放射と吸収効果を分離すること。

提案手法

• 2013年のキャンペーン中にXMM-Newton、NuSTAR、Swift、INTEGRAL、Chandra、HST/COS、および地上望遠鏡（WO、OCA）からの複数波長観測を統合する。
• 全観測機器の同時でスタックされたデータを用いて、8060 Å から 200 keV までのスペクトルエネルギー分布（SED）モデリングを行う。
• 近赤外／可視光／紫外線から軟X線連続スペクトルをフィットするため、電子温度が約0.15 keV、光学的厚さが約23の温かい、光学的に厚いコロナを仮定したコンプトン化モデルを適用する。
• 2000年と2001年のアーカイブXMM-Newtonデータを用いて、2013年の遮蔽状態と比較するための遮蔽なし連続スペクトルを確立する。
• 温かい吸収体の光電イオン化モデリングと、冷却曲線を用いた熱的安定性解析により、遮蔽体が遠方ガスに与える影響を評価する。
• 視線方向のX線遮蔽と温かい吸収の効果をモデル化することで、本質的放射と吸収効果を分離する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 5548における軟X線過剰の物理的起源は何か？これは、温かい、光学的に厚いコロナにおけるコンプトン化と整合的か？
• RQ2 流出し、弱くイオン化度の低いガス（遮蔽体）の存在が、NGC 5548の遠方光電イオン化ガスのイオン化状態と熱的安定性にどのように影響を与えるか？
• RQ3 NGC 5548の本質的広帯域連続スペクトルは、遮蔽状態（2013年）と遮蔽なし状態（2011年以前）で異なるのか、それともスペクトル変化はすべて吸収効果によるものか？
• RQ4 遮蔽体がイオン化紫外線／軟X線放射をどのように抑制するか、そしてそれが温かい吸収体系のイオン化バランスに与える影響は何か？
• RQ5 高イオン化度の鉄イオン（Fe xxiii–xxvi）は、NGC 5548において冷却曲線の熱的に不安定な分岐上に位置しているのか？遮蔽はその状態に影響を与えるか？

主な発見

• NGC 5548における軟X線過剰は、降着円盤に接する単一の温かい（Te ≈ 0.15 keV）、光学的に厚い（τ ≈ 23）コロナのコンプトン化尾部として説明され、追加の熱的ディスクや再放射成分は不要である。
• 近赤外／可視光／紫外線連続スペクトルは、軟X線過剰を生成する同じコンプトン化成分と整合的であり、別個の熱的ディスクや再放射放射の証拠は認められない。
• 遮蔽なし（2011年以前）と遮蔽あり（2013年）の両状態において、本質的広帯域連続スペクトルは同一であり、軟X線バンドでの観測スペクトル抑制にもかかわらず変化していない。
• 2013年の主なX線パワーレンス指数はΓ = 1.6とより硬くなったが、これは遮蔽イベントとは因果関係がない。
• 遮蔽体は、遠方光電イオン化ガスのイオン化バランスを顕著に変化させ、冷却曲線の延長された熱的に不安定な分岐上へと押し上げる。
• 熱的安定性解析により、NGC 5548における高イオン化度Fe xxiii～Fe xxviイオンは、遮蔽効果に関係なく、冷却曲線の不安定な分岐上に位置していることが判明した。