[論文レビュー] Anatomy of the AGN in NGC 5548. VI. Long-term variability of the warm absorber

J. Ebrero, J. S. Kaastra+14 more|Leiden Repository (Leiden University)|Jan 11, 2016

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 58被引用数 19

ひとこと要約

本研究は、1999–2007年のアーカイブXMM-NewtonおよびChandraの回折格子スペクトルを用いて、NGC 5548のウォーム吸収体（WA）における長期的X線変動を分析し、更新された光電離コードを用いてイオン化状態の変化をモデル化することで、ガス密度および距離の制約を導出する。6つの分層的イオン化状態がpcスケールの距離に分布しており、合計の運動エネルギー出力はボリュメトリック luminosityのたった0.2%にとどまる。これは、宿主銀河における顕著なフィードバックを駆動するには不十分である。

ABSTRACT

(Abridged) The archetypal Seyfert 1 galaxy NGC 5548 was observed in 2013-2014 in the context of an extensive multiwavelength campaign, which revealed the source to be in an extraordinary state of persistent heavy obscuration. We re-analyzed the archival grating spectra obtained by XMM-Newton and Chandra between 1999 and 2007 in order to characterize the classic warm absorber (WA) using consistent models and up-to-date photoionization codes and atomic physics databases and to construct a baseline model that can be used as a template for the WA in the 2013 observations. The WA in NGC 5548 is composed of 6 distinct ionization phases outflowing in 4 kinematic regimes in the form of a stratified wind with several layers intersected by our line of sight. If the changes in the WA are solely due to ionization or recombination processes in response to variations in the ionizing flux among the different observations, we are able to estimate lower limits on the density of the WA, finding that the farthest components are less dense and have a lower ionization. These limits are used to put stringent upper limits on the distance of the WA components from the central ionizing source, with the lowest ionization phases <50, <20, and <5 pc, respectively, while the intermediately ionized components lie at <3.6 and <2.2 pc from the center, respectively. The highest ionization component is located at ~0.6 pc or closer to the AGN central engine. The mass outflow rate summed over all WA components is ~0.3 Msun/yr, about six times the nominal accretion rate of the source. The total kinetic luminosity injected into the ISM is a small fraction (~0.03%) of the bolometric luminosity of the source. After adding the contribution of the UV absorbers, this value augments to ~0.2% of the bolometric luminosity, well below the minimum amount of energy required by current feedback models to regulate galaxy evolution.

研究の動機と目的

• 一貫した光電離モデルと最新の原子データを用いて、NGC 5548のウォーム吸収体（WA）の長期的変動を特徴づけること。
• 2013–2014年のXMM-Newton観測中に源が強く遮蔽された際の解釈に用いるため、WAの基本的な物理的モデルを確立すること。
• フラックス変動に対するイオン化状態の変化をモデル化することで、WA成分の密度の下限および距離の上限を推定すること。
• WAの運動エネルギー出力および質量流出率を評価し、AGNフィードバック機構におけるその可能性を検討すること。

提案手法

• 最新版の光電離コードCLOUDYおよびSPEXフィッティングパッケージを用いて、XMM-NewtonおよびChandraのX線回折格子スペクトルをモデル化した。
• 再現可能性および正確性を確保するため、アーカイブ観測（1999–2007）にわたって一貫した光電離モデルと更新された原子物理学データベースを適用した。
• 観測されたWA変動が、フラックス変化に応じたイオン化／再結合プロセスに起因すると仮定し、流出速度および密度は一定とした。
• 各WA成分で支配的なイオンのイオン密度変化を用いて、ガス密度の下限を計算した。
• イオン化パラメータおよびフラックス変動を用いて、密度の上限を中央源からの距離の上限に変換した。
• すべてのWA成分における質量流出率および運動エネルギー出力を合算し、ボリュメトリック luminosityおよびフィードバックモデルの閾値と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複数のアーカイブ観測（1999–2007）において、NGC 5548のウォーム吸収体のイオン化および運動的構造はどのように分布しているか？
• RQ2 AGNからのイオン化フラックスの変動と、WA成分のイオン化状態の変化は、どのように相関しているか？
• RQ3 イオン化／再結合が変動の唯一の駆動要因であると仮定した場合、WA成分の密度の下限および距離の上限は何か？
• RQ4 X線WAの合計の質量流出率および運動エネルギー出力は何か？また、ボリュメトリック luminosityおよびフィードバックモデルの要件と比較するとどうなるか？
• RQ5 観測されたWAの性質は、ディスク駆動またはトーラス駆動の風モデルと整合するか？これによりフィードバック機構にどのような示唆が得られるか？

主な発見

• NGC 5548のウォーム吸収体は、流出速度がそれぞれ約-250、約-550、約-800、および約-1200 km s⁻¹の4つの運動的領域に分布する6つの明確なイオン化状態から構成されている。
• 最低イオン化状態の成分は、中央源からの距離が50 pc未塔、20 pc未塔、および5 pc未塔の位置に位置している。中程度イオン化状態の成分は、それぞれ3.6 pc未塔および2.2 pc未塔の範囲に位置している。
• 最高イオン化状態の成分は、中央源から約0.6 pc（可能性として約0.4 pc）以内に閉じ込められている。
• すべてのWA成分における合計の質量流出率は約0.3 M☉ yr⁻¹であり、ブラックホールの名目的降着率のおよそ6倍に相当する。
• X線WAの運動エネルギー出力はボリュメトリック luminosityの約0.03%にとどまり、UV吸収体を含めた場合にやや上昇して約0.2%に達する。
• この合計の運動エネルギー出力は、宿主銀河の進化に顕著な影響を与えるには不十分であり、現在のフィードバックモデルが要求するボリュメトリック luminosityの約0.5–5%に比べて2桁も小さい。