[論文レビュー] Multi-wavelength campaign on NGC 7469 IV. The broad-band X-ray spectrum

R. Middei, S. Bianchi+18 more|arXiv (Cornell University)|Mar 20, 2018

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 2被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、6か月間の多波長キャンペーン中に同時観測されたNuSTARとXMM-Newtonを用いて、セイファート銀河NGC 7469の広帯域X線スペクトル解析を実施した。一定のパワー・ロウ・コンtinuumに170 keVの高エネルギー端末があり、温かいコロナがソフト過剰を寄与しており、安定した中性Fe Kαラインが観測され、相対論的広がりの兆候は認めない。これらは、遠方の反射と2つのコロナを含むモデルを支持する。

ABSTRACT

We conducted a multi-wavelength six-month campaign to observe the Seyfert galaxy NGC~7469, using the space-based observatories extit{HST}, extit{Swift}, extit{XMM-Newton} and extit{NuSTAR}. Here we report the results of the spectral analysis of the 7 simultaneous extit{XMM-Newton} and extit{NuSTAR} observations. The sources shows significant flux variability within each observation, but the average flux is less variable among the different pointings of our campaign. Our spectral analysis reveals a prominent narrow neutral \ion{Fe} K$α$ emission line in all the spectra, with weaker contributions from Fe K$β$, neutral Ni K$α$ and ionised iron. We find no evidence for variability or relativistic effects acting on the emission lines, which indicates that they originate from distant material. Analysing jointly extit{XMM-Newton} and extit{NuSTAR} data a constant photon index is found ($Γ$=$1.78\pm0.02$), together with a high energy cut-off $E_{ m{cut}}=170^{+60}_{-40}$ keV. Adopting a self-consistent Comptonization model, these values correspond to an average coronal electron temperature of kT=$45^{+15}_{-12}$ keV and, assuming a spherical geometry, an optical depth $τ=2.6\pm0.9$. The reflection component is consistent with being constant, with a reflection fraction in the range $R=0.3-0.6$. A prominent soft excess dominates the spectra below 4 keV. This is best fit with a second Comptonization component, arising from a \virg{warm corona} with an average $kT=0.67\pm0.03$ keV and a corresponding optical depth $τ=9.2\pm0.2$.

研究の動機と目的

• マルチワーブレングスキャンペーン中にNGC 7469の広帯域X線スペクトルを特徴づけること。
• 短時間尺度（ks）および長時間尺度（数か月）でのスペクトル変動を調査すること。
• 4 keV未満のソフトX線過剰の物理的起源を特定すること。
• コンプトン化モデルを用いてX線コロナの幾何学的形状と温度を制約すること。
• 相対論的広がりの有無をFe Kαラインの分析から評価し、ブラックホールへの接近度を推定すること。

提案手法

• NuSTARとXMM-Newtonの同時観測により、0.3 keVから79 keVまでの広帯域X線カバーが得られた。
• スペクトルフィッティングには、パワー・ロウ、コンプトン化、反射成分を組み合わせたモデルが用いられ、コンティニュウムと発光ラインをモデル化した。
• 高エネルギー端末は、コロナ電子温度（kT）と光学厚さ（τ）を導出するために、熱的コンプトン化モデルでモデル化された。
• ソフト過剰は、温かく光学的に厚いコロナをモデル化する第二のコンプトン化成分でフィットされた。
• 変動は、ks時間スケールでの輝度変化を評価するため、正規化された過剰分散（σ²_rms）を用いて定量化された。
• 相対論的広がりの有無をテストするため、ラインプロファイルが解析された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 7469のスペクトル変動は、数分から数か月の時間スケールでどのように変化するか？
• RQ2 4 keV未満のソフトX線過剰の物理的起源は何か？
• RQ3 Fe Kαおよび他の発光ラインは相対論的に広がっているか？これはブラックホールへの接近を示唆するか？
• RQ4 反射成分は観測間で変動するか、一定であるか？
• RQ5 コンプトン化モデリングから導かれるコロナパラメータ（温度と光学厚さ）は何か？

主な発見

• 平均X線スペクトル指数はΓ = 1.78 ± 0.02であり、すべての観測で一致する高エネルギー端末E_cut = 170^{+60}_{-40} keVを示した。
• 高温コロナは、球対称幾何形状を仮定した熱的コンプトン化モデルで最もよく記述され、kT = 45^{+15}_{-12} keVおよびτ = 2.6 ± 0.9であった。
• 4 keV未満のスペクトルを支配するソフト過剰は、第二のコンプトン化成分で最もよくフィットされ、kT = 0.67 ± 0.03 keVおよびτ = 9.2 ± 0.2であった。これは、温かく光学的に厚いコロナを示唆する。
• 中性Fe Kαラインは狭く、すべての観測で一定であり、相対論的広がりの兆候は認めず、遠方の物質からの発光を示唆する。
• 反射率R = 0.3–0.6が一定で、安定したコンプトン反射成分が観測され、遠方でコンプトン厚い反射体が存在することを支持する。
• Fe xxvi Lyαラインはすべての観測で有意に検出され、光電離ガス由来である可能性が高く、弱いFe xxv Heαラインも検出された。