[論文レビュー] Multiwavelength campaign on Mrk 509. I. Variability and spectral energy distribution

J. S. Kaastra, Pierre-Olivier Petrucci+24 more|Radboud Repository (Radboud University)|Jul 4, 2011

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 117被引用数 39

ひとこと要約

XMM-Newton、INTEGRAL、Chandra、HST、Swift、WHT、PAIRITELを用いたSeyfert 1銀河Mrk 509における多波長キャンペーンでは、周波数で50年分にわたる連続的なX線およびUV光度曲線が得られた。軟X線バンドでの60％のflux増加がUV増加と相関していることが判明し、高分解能分光法および高精度なスペクトルエネルギー分布（SED）により、連続スペクトルの変動およびイオン化された噴流構造の詳細な研究が可能になった。

ABSTRACT

(Abridged) Active galactic nuclei show a wealth of interesting physical processes, some of which are poorly understood. We want to address a number of open questions, including the location and physics of the outflow from AGN, the nature of the continuum emission, the geometry and physical state of the X-ray broad emission line region, the Fe-K line complex, the metal abundances of the nucleus and finally the interstellar medium of our own Galaxy. We study one of the best targets for these aims, the Seyfert 1 galaxy Mrk 509 with a multiwavelength campaign using five satellites (XMM-Newton, INTEGRAL, Chandra, HST and Swift) and two ground-based facilities (WHT and PAIRITEL). Our observations cover more than five decades in frequency, from 2 um to 200 keV. The combination of high-resolution spectroscopy and time variability allows us to disentangle and study the different components. Our campaign covers 100 days from September to December 2009, and is centred on a simultaneous set of deep XMM-Newton and INTEGRAL observations with regular time intervals, spanning seven weeks. We obtain a continuous light curve in the X-ray and UV band, showing a strong, up to 60% flux increase in the soft X-ray band during the three weeks in the middle of our deepest monitoring campaign, and which is correlated with an enhancement of the UV flux. This allows us to study the time evolution of the continuum and the outflow. By stacking the observations, we have also obtained one of the best X-ray and UV spectra of a Seyfert galaxy ever obtained. In this paper we also study the effects of the spectral energy distribution (SED) that we obtained on the photo-ionisation equilibrium. Thanks to our broad-band coverage, uncertainties on the SED do not strongly affect the determination of this equilibrium.

研究の動機と目的

• 活動銀河核（AGN）におけるイオン化された噴流の物理的起源および構造を、フィードバック過程の文脈で調査すること。
• 2 μmから200 keVまでの広帯域カバレッジで、Mrk 509のスペクトルエネルギー分布（SED）を、かつてないほど広範に得ること。
• 同時多機器観測を用いて、連続スペクトルの時間的変動とその噴流ダイナミクスへの関連を調査すること。
• 仮定されたSEDおよび金属量の不確実性に対する、噴流における光起電離平衡の安定性を評価すること。
• AGNのX線およびUV放射領域における物理的状態（イオン化パラメータ、光学厚さ、金属量）を制約すること。

提案手法

• XMM-Newton、INTEGRAL、Chandra、HST、Swiftの5つの宇宙望遠鏡と、WHTおよびPAIRITELの2つの地上観測施設を用いた100日間の多波長モニタリングキャンペーンを実施した。
• XMM-NewtonとINTEGRALによる同時深度観測を7週間にわたり実施し、高頻度の光度曲線作成を可能にした。
• XMM-Newton RGSスペクトルをスタックし、高い信号対雑音比を得て、詳細なスペクトル解析を実施した。また、高分解能のHST/COS遠紫外スペクトルも作成した。
• 2 μmから200 keVまでの連続的なSEDを構築し、光起電離モデリングにおける不確実性を最小限に抑えた。
• 光起電離モデル（CLOUDY）を用いて、SEDおよび金属量の異なる仮定のもとで、イオン化構造および冷却曲線を計算した。
• 太陽系と3倍太陽系の金属量におけるイオン化構造を比較し、導出されたパラメータの頑健性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Mrk 509で観測された軟X線およびUV変動の原因は何か。これらのバンド間にはどのような相関があるか。
• RQ2 仮定されたSEDおよび金属量の不確実性に対して、噴流ガスにおける光起電離平衡はどの程度安定しているか。
• RQ3 Mrk 509のX線広帯域線領域におけるイオン化構造、ドップラー速度、および光学厚さは何か。
• RQ4 噴流ガスの物理的状態（イオン化度、密度、金属量）が、観測されたX線およびUVスペクトル特徴に与える影響は何か。
• RQ5 SEDの不確実性が、イオン化噴流の導出物理パラメータにどの程度影響を及えるか。

主な発見

• 3週間の期間にわたり、軟X線バンドで60％の強力なflux増加が観測され、同時にUV fluxの上昇と相関していた。これは、降着円盤またはコロナに起因する共通の起源を示唆している。
• スタックされたXMM-Newton RGSスペクトルは、Seyfert銀河においてこれまでに得られた中で最も高い信号対雑音比を達成しており、高精度なスペクトルモデリングが可能になった。
• 仮定されたSEDおよび金属量の不確実性に対しても、噴流における光起電離平衡は頑健であり、イオン化構造にわずかな変化しか与えなかった。
• 3倍太陽系金属量の冷却曲線では、ライン冷却の増強によりわずかに大きな不安定な分岐が見られたが、導出されたイオン化パラメータにほとんど影響を与えず、水素光学厚さのみが3倍の減少を示した。
• SEDおよび金属量の変動に対しても、噴流のイオン化構造は安定しており、今後の論文におけるモデリングの信頼性が確認された。
• 2 μmから200 keVまでの包括的なSEDカバレッジにより、光起電離モデリングにおける系統的誤差が最小限に抑えられ、噴流の物理的状態に対する高精度な制約が可能になった。