[論文レビュー] Multiwavelength campaign on Mrk 509. VI. HST/COS observations of the far-ultraviolet spectrum

G. A. Kriss, Nahum Arav+16 more|arXiv (Cornell University)|Jul 4, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 89被引用数 33

ひとこと要約

本研究では、ハッブル宇宙望遠鏡のCOSを用いて、セイフェルト1型銀河Mrk 509の最高の信号対雑音比を有する遠紫外スペクトルを提示し、吹き出しによる複雑な多重相の吸収、ホスト銀河のISM、およびおそらくは降着する物質を明らかにした。14の運動的成分を特定し、変動解析により最も青シフトした成分について距離上限 <250 pc、他の成分について <1.5 kpc を設定した。部分的カバーは、核周辺の拡張領域からの散乱光に起因すると特定した。

ABSTRACT

We present medium resolution (R~20,000) HST/COS ultraviolet spectra covering 1155-1760 A of the Seyfert 1 Mrk 509 obtained simultaneously with a Chandra/LETGS spectrum as part of a multiwavelength campaign in 2009 that included observations with XMM-Newton, SWIFT, and Integral. Our high S/N spectrum detects additional complexity in the absorption troughs from a variety of sources in Mrk 509, including the outflow from the active nucleus, the ISM and halo of the host galaxy, and infalling clouds or stripped gas from a merger that are illuminated by the AGN. Variability between the STIS and COS observation of the -400 km/s component allows us to set an upper limit on its distance of &lt; 250 pc. Similarly, variability of a component at +150 km/s between two prior FUSE observations limits its distance to &lt; 1.5 kpc. The UV absorption only partially covers the emission from the AGN nucleus. Covering fractions are lower than those previously seen with STIS, and are comparable to those seen with FUSE. Given the larger apertures of COS and FUSE compared to STIS, we favor scattered light from an extended region near the AGN as the explanation for the partial covering. As observed in prior X-ray and UV spectra, the UV absorption has velocities comparable to the X-ray absorption, but the bulk of the ultraviolet absorption is in a lower ionization state with lower total column density than the gas responsible for the X-ray absorption. We conclude that the outflow from the active nucleus is a multiphase wind.

研究の動機と目的

• HST/COSを用いて、これまでにない高い信号対雑音比でMrk 509の遠紫外スペクトルを分析し、電離ガスの吹き出しと吸収成分を研究すること。
• COS、STIS、FUSE観測の間での変動を比較することで、吸収ガスの空間的位置と運動学的特性を特定すること。
• 紫外線吸収ラインに見られる部分的カバーの原因を調査し、特に核周辺の拡張領域からの散乱光の役割を特定すること。
• 吸収ガスの電離状態と密度を特徴づけ、X線吸収成分と比較すること。
• 吹き出しが単一相か多重相の風かを、複数の吸収成分における電離度と運動学的特性の分析により特定すること。

提案手法

• ハッブル宇宙望遠鏡搭載の宇宙起源分光計（COS）を用いて、Mrk 509の中分解能（λ/Δλ ~ 20,000）遠紫外スペクトル（1155–1760 Å）を取得した。
• 波長、フラットフィールド、線幅関数補正のための特別な校正を適用し、データ品質と信号対雑音比を向上させた。
• COSスペクトルを過去のSTISおよびFUSE観測と比較し、時間経過による吸収ラインの変動を検出した。
• N vおよび他の電離種の変動に基づく再結合時間スケールの議論を用いて、ガス密度の下限と核からの距離の上限を推定した。
• クロスディスパージョンプロファイルの解析により、吸収深部の残存光を引き起こす散乱領域の空間的広がりを制約した。
• 紫外線吸収の運動学的特性とX線吸収特徴、および光学発光ライン（例：[O iii]）を相関させ、吸収成分の起源を特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 変動解析による吸収深さの変化に基づき、Mrk 509における最も青シフトした紫外線吸収成分の空間的広がりと距離は何か？
• RQ2 なぜ紫外線吸収ラインに部分的カバーが見られるのか。散乱光などの物理的メカニズムが、吸収深部の残存光を説明できるか？
• RQ3 Mrk 509における紫外線吸収ガスの電離状態と密度は、X線吸収ガスと比べてどう異なるか？
• RQ4 Mrk 509の遠紫外スペクトルに見られる複雑な多重成分吸収構造の起源は何か？
• RQ5 Mrk 509の吹き出しは単一相か多重相の風か。その根拠となる証拠は何か？

主な発見

• 最も青シフトした紫外線吸収成分（成分#1）は、STIS観測と比較してLyαの吸収深さが著しく減少し、N vの吸収深さが増加しており、変動が確認された。
• 再結合時間スケールの議論に基づき、成分#1の距離上限は <250 pcであり、ガス密度の下限は >160 cm⁻³ であった。
• FUSE観測（1999年および2000年）で観測された成分#6は、距離上限 <1.5 kpc、密度下限 >6 cm⁻³ と一致する変動を示した。
• COSスペクトルにおける吸収深部の残存光は、FUSEと同等の強度であり、核周辺の拡張領域からの散乱を示唆した。
• 散乱領域の空間的広がりは <0.5角秒（<170 pc）に制限され、イオン化コーンの基部からの電子散乱と整合的であった。
• 紫外線吸収は複数の源に起因する：システム速度付近の低電離成分（おそらくホスト銀河のISMまたはハロー）、ミルキーウェイのComplex Cに類似した高速成分、および活発核からの高度に電離された青シフトした吹き出し。