[論文レビュー] Multiwavelength campaign on Mrk 509. III. The 600 ks RGS spectrum: unravelling the inner region of an AGN

R. G. Detmers, J. S. Kaastra+14 more|arXiv (Cornell University)|Jul 4, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 60被引用数 48

ひとこと要約

本研究は、Seyfert 1銀河Mrk 509の600 ksのXMM-Newton RGSスペクトルを提示し、そのイオン化された流れを分析するための前例のないスペクトル分解能と信号対雑音比を達成した。これにより、流れに二つの主要な速度成分が存在することが明らかになり、初めて、臨界的なイオン化パラメータ範囲log ξ ≈ 1–3における吸収量分布が滑らかな分布ではなく、二つの離散ピークによって最もよく記述されることを示した。これは、AGN流れモデル化における長年の曖昧さを解消した。

ABSTRACT

We present the results of our 600 ks RGS observation as part of the multiwavelength campaign on Mrk 509. The very high quality of the spectrum allows us to investigate the ionized outflow with an unprecedented accuracy due to the long exposure and the use of the RGS multipointing mode. We detect multiple absorption lines from the interstellar medium and from the ionized absorber in Mrk 509. A number of emission components are also detected, including broad emission lines consistent with an origin in the broad line region, the narrow OVII forbidden emission line and also (narrow) radiative recombination continua. The ionized absorber consists of two velocity components (v = -13 \pm 11 km/s and v = -319 \pm 14 km/s), which both are consistent with earlier results, including UV data. There is another tentative component outflowing at high velocity, -770 \pm 109 km/s, which is only seen in a few highly ionized absorption lines. The outflow shows discrete ionization components, spanning four orders of magnitude in ionization parameter. Due to the excellent statistics of our spectrum, we demonstrate for the first time that the outflow in Mrk 509 in the important range of log xi between 1-3 cannot be described by a smooth, continuous absorption measure distribution, but instead shows two strong, discrete peaks. At the highest and lowest ionization parameters we cannot differentiate smooth and discrete components.

研究の動機と目的

• AGNにおけるイオン化された流れの幾何学的構造と位置を解明すること、特にMrk 509のような局所的Seyfert 1銀河を対象とすること。
• 流れの吸収量分布（AMD）が滑らかであるか離散的であるかを特定すること、特に重要なイオン化パラメータ範囲log ξ ≈ 1–3において。
• 長時間観測による高品質なX線データを用いて、原子線波長のキャリブレーションを改善すること。
• UVおよびX線分光法を含む多波長データを統合し、Mrk 509におけるイオン化吸収体の物理的状態と構造を制約すること。
• 質量流れ率と運動エネルギー効率を定量化することで、AGN流れのフィードバック可能性を評価すること。

提案手法

• 信号対雑音比とスペクトル分解能を最大化するために、600 ksのXMM-Newton RGS観測をマルチポイントモードで実施した。
• XSPECおよびCLOUDYモデルを用いた詳細なスペクトルフィッティングにより、イオン化パラメータ、吸収深さ、流れ速度を制約した。
• 高度にイオン化された種類（例：O vii, O vi, Ne viii, Fe xvii–xxi）からの複数の吸収・発光ラインを分析し、イオン化構造を追跡した。
• 滑らかなAMDモデルと比較して、離散的成分を含む修正されたAMDモデルを用いてデータにフィットした。
• 高精度なスペクトル特徴を用いて、主要な発光・吸収ラインの実験室波長を更新した。
• X線データと同一の多波長キャンペーンから得たUVデータを統合し、イオン化状態および速度構造の相関を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Mrk 509のイオン化流れにおける吸収量分布（AMD）の真の性質は何か、特にlog ξ ≈ 1–3範囲において。
• RQ2 Mrk 509のイオン化流れ成分は、滑らかな分布か離散的分布か、どちらがより適切に記述できるか。
• RQ3 流れの二つの主要な速度成分の運動学的およびイオン化特性は何か。それらは別個の物理的領域に対応しているか。
• RQ4 v ≈ −770 ± 109 km s⁻¹の高エネルギー速度成分が存在する証拠はあるか。それはスペクトルフィットにどのように影響を与えるか。
• RQ5 本研究の高S/Nスペクトルから得られた更新された原子線波長は、スペクトルモデリングの正確性をどのように向上させるか。

主な発見

• 600 ksのRGSスペクトルは、ISMおよびイオン化流れからの複数の吸収・発光ラインの検出を可能にする、優れた信号対雑音比を示した。
• 流れには二つの主要な速度成分が特定された：v ≈ −13 ± 11 km s⁻¹ および v ≈ −319 ± 14 km s⁻¹。これは以前のUVおよびX線結果と整合的である。
• v ≈ −770 ± 109 km s⁻¹の懸念される高エネルギー速度成分は、わずか数個の高度にイオン化されたラインでのみ検出され、一時的または不均一な性質を示唆している。
• log ξ ≈ 1–3範囲における吸収量分布（AMD）は、滑らかな分布ではなく、二つの離散ピークによって最もよく記述され、以前の曖昧さが解消された。
• 最高および最低のイオン化パラメータ範囲（log ξ > 3 および log ξ < 1）では、滑らかなAMDと離散AMDの区別がデータではつかない。
• O iii, O v, O vi, O vii, Ne viii, Fe xvii–xxiなどの主要イオンの実験室波長が、高S/Nスペクトルから更新され、スペクトルモデリングの正確性が向上した。