[論文レビュー] ASTRO-H White Paper - AGN Winds

J. S. Kaastra, Yuichi Terashima+24 more|arXiv (Cornell University)|Dec 3, 2014

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 3

ひとこと要約

本論文では、ASTRO-HのソフトX線分光器（SXS）を用いて、明るいAGN PDS 456における超高速噴流を精密に測定することを提案している。SXSの5 eVエネルギー分解能を活用し、赤方偏移した鉄K殻吸収線を解像する。シミュレーションの結果、SXSは9.37 keVおよび9.01 keVに位置する2つの顕著な吸収特徴を検出可能であり、それぞれヘリウムに似た状態と水素に似た状態の鉄を特定し、光速の34.4 ± 0.3%の噴流速度を高い統計的有意性（5σ）で特定する。

ABSTRACT

In this white paper we describe the prospects for ASTRO-H for the study of outflows from active galactic nuclei. The most important breakthroughs in this field are expected to arise from the high spectral resolution and sensitivity in the Fe-K band, combined with broad-band sensitivity over the full X-ray band and spectral capabilities also at lower energies. The sensitivity in the Fe-K region allows to extend the absorption measure distribution of the outflow out to the highest ionisation states accessible, where observations with current X-ray missions indicate that most of the outflowing gas is to be found. Due to the high-resolution and sensitivity it will also be able to give the definitive proof for the existence of ultra-fast outflows, and if so, characterise their physical properties in great detail. These ultra-fast outflows carry very large amounts of energy and momentum, and are of fundamental importance for feedback studies. We show how the ASTRO-H observations in general can help to constrain numerical models for outflows. The link to reflection and emission processes is also discussed, as well as the possible relation between outflows and relativistic emission lines. Finally, we discuss the prospects for other related categories of objects like BAL quasars, partially covered sources and Compton thick outflows.

研究の動機と目的

• 高分解能X線分光法を用いて、明るいAGN PDS 456における超高速噴流の物理的性質を調査すること。
• シミュレートされたSXS観測を用いて、吸収ガスの噴流速度、イオン化状態、および密度を特定すること。
• ASTRO-H SXS機器がブルーシフトした鉄K殻吸収線を検出可能かどうかを評価すること。
• 温かい吸収体とイオン化された反射成分を用いてPDS 456のX線スペクトルをモデル化し、観測されたスペクトル特徴を再現すること。
• ガウス線形フィッティングを用いて、5–10 keVバンドにおける吸収特徴の有意性を定量化すること。

提案手法

• 100 ksの露出時間、5 eVのエネルギー分解能、適切な再分配関数（RMF）および補助応答関数（ARF）ファイルを用いて、PDS 456のSXSスペクトルをシミュレートした。
• パワー則、温かい吸収体（XSTARの解析的モデル）、およびイオン化された反射（XSPEC内でのREFLIONX）の組み合わせを用いてスペクトルをモデル化した。
• スペクトルモデルを適用：$ F(E) = \text{exp}(-\text{σ}(E)N_{\text{H}}^{\text{Gal}}) \times (\text{WA}(\text{ξ}_{\text{WA}}, N_{\text{H}}^{\text{WA}}, v_{\text{out}}) \times A_{\text{pl}}E^{-\text{Γ}} + \text{REF}(\text{ξ}_{\text{REF}}, A_{\text{REF}})) $、ここでWAとREFはそれぞれ温かい吸収と反射を表す。
• 5–10 keVバンドに単一のパワー則と2つの負のガウス成分をフィットさせ、吸収特徴を分離した。
• XSPECフィッティングパッケージを用いて、エネルギー、幅、輝度、等価幅の線パラメータを68%信頼区間で導出した。
• Beharら（2010）に基づき、吸収体の乱流速度を2,500 km s⁻¹と仮定し、他のパラメータはSuzaku 2007年のデータから固定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ASTRO-H SXSによって測定された、AGN PDS 456内のイオン化ガスの噴流速度は何か？
• RQ2 SXS機器は、9.37 keVおよび9.01 keVのブルーシフトした鉄K殻吸収線を高い有意性で解像・検出可能か？
• RQ3 観測されたスペクトル特徴を引き起こす吸収ガスのイオン化状態と密度は何か？
• RQ4 SXSはPDS 456のX線スペクトルにおいて、温かい吸収体と反射成分をどれほど明確に区別できるか？
• RQ5 5–10 keVバンドにおける検出された吸収特徴の統計的有意性は何か？

主な発見

• シミュレートされたSXSスペクトルは、源の静止系において9.37 keVおよび9.01 keVに顕著な吸収特徴を検出でき、有意性は5σを超えている。
• エネルギーと線幅に基づき、これらの吸収特徴はそれぞれヘリウムに似た状態と水素に似た状態の鉄K殻遷移であると特定された。
• 噴流速度は光速の34.4 ± 0.3%（約103,000 km s⁻¹）に測定された。
• 9.37 keV線の等価幅は0.25 ± 0.02 keVであり、9.01 keV線の等価幅は0.24 ± 0.04 keVであった。
• 線幅はそれぞれ90 eVおよび101 eVであり、高速噴流に起因するドップラー幅拡散と整合的であった。
• 2つの負のガウス成分を用いたモデルフィットは、吸収特徴の物理的起源を統計的に信頼できる形で確認した。