[論文レビュー] Multi-wavelength campaign on NGC7469 I. The rich 640 ks RGS spectrum

Ehud Behar, U. Peretz+16 more|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2016

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 49被引用数 12

ひとこと要約

本研究では、XMM-NewtonのRGSを用いて、Seyfert銀河NGC 7469の640 ksにわたる高分解能X線スペクトルを提示する。これにより、–650、–950、および–2050 km s⁻¹の3つの明著なイオン化された流れ成分が特定され、広いイオン化構造と光電離放射の証拠が得られた。解析では、kT = 0.35 keVの環核領域の星形成活動成分が特定され、吸収体の距離が数パーセク以上であることが制限された。深く高分解能な分光測定を通じて、AGNの流れの複雑さが示された。

ABSTRACT

Outflows in active galaxies (AGNs) are common, although their launching mechanism, location, and physical impact on the host galaxy remain controversial. We conducted a multiwavelength six-month campaign to observe the nearby Seyfert galaxy NGC 7469 with several observatories in order to better understand and quantify the outflow in this AGN. We report on the time-integrated line-resolved X-ray spectrum of NGC 7469 obtained with the Reflection Grating Spectrometer (RGS) on board XMM-Newton. We use the RGS spectrum to discern the many AGN outflow components. A global fit is applied to obtain their physical parameters. We find that the AGN wind can be well described by three narrow velocity components at -650, -950, and -2050 km/s. The RGS clearly resolves the -20 50 km/s component in C5+ Ly$α$, while the -650 km/s and -950 km/s velocities are blended. Similar velocities are resolved in the UV. The H-equivalent column densities of these components are, respectively, NH = 7x10^20, 2.2x10^21, and 10^20 cm^-2, for a total of 3x10^21 cm^-2. The -650 km/s component shows a broad ionisation distribution. We identify a photo-ionised emission component blue-shifted by -450 km/s which we ascribe to the same outflow that produces the absorption lines. The elemental abundance ratios of C, N, Ne, S, and Fe to O in the outflow tend to be between 1 - 2 times solar. Preliminary estimates of the absorber distance from the AGN center suggest it is at least a few pc away from the center, but more advanced methods need to be applied in order to obtain better constraints. The complex X-ray spectrum of NGC 7469 demonstrates the richness of high energy phenomena taking place in AGN cores. The subtle spectroscopic differences between the various components require deep, high-resolution observations, such as the present RGS spectrum, if one is to resolve them and perform quantitative plasma diagnostics.

研究の動機と目的

• 多波長のX線およびUV観測を通じて、NGC 7469におけるAGNの流れの物理的性質と運動学的特徴を理解すること。
• 近接したSeyfert銀河におけるX線吸収成分の複雑なイオン化および速度構造を解明すること。
• 吸収および発光プラズマの起源と位置を特定し、AGN駆動の流れと環核領域の星形成活動を区別すること。
• X線とUVの吸収の変動を比較することで、吸収体の密度、距離、質量流れレートを制限すること。
• 高分解能分光測定を用いた定量的プラズマ診断により、AGN風形成の理論的モデルを検証すること。

提案手法

• XMM-Newton搭載の反射グレーティングスペロメータ（RGS）を用いて、時間積分された640 ksのX線スペクトルを取得した。
• 複数のイオン化された吸収および発光成分を、それぞれ異なる速度とイオン化パラメータを持つように、グローバルスペクトルフィッティングでモデル化した。
• イオン化パラメータξ = L/(4πr²nₑ)と発光測定値（EM）を用いて、密度やAGNからの距離といった物理的状態を推定した。
• EM ≈ n²Δr³およびN_H ≈ nΔrの関係を適用し、プラズマ密度と吸収体サイズを推定した。その結果、O VI+に対してn ≈ 0.3 cm⁻³が得られた。
• X線の結果をHST/COSのUVスペクトルと比較することで、時間経過に伴う変動とイオン化状態の変化を評価した。
• kT = 0.35 keVの衝突イオン化成分が特定され、星形成銀河におけるL_FIR/L_X ≈ 10⁴の関係と整合的であった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 7469のX線吸収流れにおける運動学的およびイオン化構造はどのようなものか？
• RQ2 X線吸収成分はUVで観測されたものとどのように関係しているのか？ これにより流れの幾何学的構造にどのような示唆が得られるか？
• RQ3 光電離発光ラインの物理的起源は何か？ それらは吸収線を生成するのと同じ流れに関連しているのか？
• RQ4 吸収体のAGN中心からの距離は何か？ また、変動研究はこの制約をどのように改善できるか？
• RQ5 流れ中の元素の組成比（C、N、Ne、S、FeをOに対して相対的に）は太陽値と比較してどうなっており、これにより流れの起源にどのような示唆が得られるか？

主な発見

• –650、–950、および–2050 km s⁻¹の3つの明確なイオン化吸収成分が特定され、それぞれH換算吸収深さは約7×10²⁰、2.2×10²¹、1×10²⁰ cm⁻²であった。
• –2050 km s⁻¹成分はC V+ Lyαで明確に分解可能であったが、–650および–950 km s⁻¹成分は重ね合わさっており、後者は–1 ≤ log ξ ≤ 2の広いイオン化分布を示していた。
• 約–450 km s⁻¹のドップラー補正とFWHM = 1400 km s⁻¹の発光成分が検出され、–1 ≤ log ξ ≤ 1の範囲にあった。これは、この発光が吸収線と同じ流れ由来であることを示唆している。
• kT = 0.35 keVの衝突イオン化成分が特定され、環核領域の星形成活動と整合的であった。高い発光測定値は、星形成活動の増強を示している。
• 流れ中の元素組成比（Oに対するC、N、Ne、S、Fe）は太陽値の1〜2倍の範囲にあり、イオン化された物質とおそらく処理済みの物質の混合を示唆している。
• 初期の距離推定では、吸収体はAGN中心から数パーセク以上離れているとされたが、より精密な制約を得るにはX線およびUV光度曲線の詳細な変動解析が必要である。