[論文レビュー] Multiwavelength campaign on Mrk 509 VII. Relative abundances of the warm absorber

K. C. Steenbrugge, J. S. Kaastra+15 more|arXiv (Cornell University)|Aug 11, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 61被引用数 14

ひとこと要約

本研究は、マルク509というセイフェルト1型銀河のウォーム吸収体における酸素に対する炭素、窒素、ネオン、マグネシウム、ケイ素、カルシウム、鉄の正確な相対的含有量を、マルチウェーブ長キャンペーンによる高分解能XMM-Newton RGSおよびChandra LETGSスペクトルを用いて決定した。大多数の元素はプロト・スンの含有比を示しており、硫黄はわずかに欠乏していることが判明し、AGN環境における核合成過程の強力な制約が得られた。

ABSTRACT

Context. The study of abundances in the nucleus of active galaxies allows us to investigate the evolution of abundance by comparing local and higher redshift galaxies. However, the methods used so far have substantial drawbacks or rather large uncertainties. Some of the measurements are at odds with the initial mass function derived from the older stellar population of local elliptical galaxies. Aims. We determine accurate and reliable abundances of C, N, Ne, and Fe relative to O from the narrow absorption lines observed in the X-ray spectra of Mrk 509. Methods. We use the stacked 600 ks XMM-Newton RGS and 180 ks Chandra LETGS spectra. Thanks to simultaneous observations with INTEGRAL and the optical monitor on-board XMM-Newton for the RGS observations and HST-COS and Swift for the LETGS observations, we have an individual spectral energy distribution for each dataset. Owing to the excellent quality of the RGS spectrum, the ionisation structure of the absorbing gas is well constrained, allowing for a reliable abundance determination using ions over the whole observed range of ionisation parameters. Results. We find that the relative abundances are consistent with the proto-solar abundance ratios: C/O = 1.19$\pm$0.08, N/O = 0.98$\pm$0.08, Ne/O = 1.11$\pm$0.10, Mg/O = 0.68$\pm$0.16, Si/O = 1.3$\pm$0.6, Ca/O = 0.89$\pm$0.25, and Fe/O = 0.85$\pm$0.06, with the exception of S, which is slightly under-abundant, S/O = 0.57$\pm$0.14. Our results, and their implications, are discussed and compared to the results obtained using other techniques to derive abundances in galaxies.

研究の動機と目的

• 高分解能X線分光法を用いて、マルク509のウォーム吸収体における炭素、窒素、ネオン、鉄などの主要元素の正確で信頼性の高い相対含有量を特定すること。
• 従来の手法による含有量測定に見られる大きな不確実性や系誤差の問題を解消すること。
• 導出された含有量をプロト・スン比と比較し、他の天体的環境における含有量と照らし合わせることで、核合成の歴史と核過程を推測すること。
• 吸収度分布モデル化と類似したAGNにおける独立した含有量測定との照合により、結果の妥当性を検証すること。
• 高赤方偏移クェーサーにおける広帯域発光線に基づく含有量決定の信頼性を評価すること。これは、共鳴散乱が原因で歪む可能性があるため。

提案手法

• 600 ksのXMM-Newton RGSおよび180 ksのChandra LETGSスペクトルを統合し、ウォーム吸収体からの狭帯域X線吸収線を分析した。
• INTEGRAL、XMM-Newtonオプティカルモニタ、HST-COS、Swiftからの同時マルチウェーブ長観測により、各データセットの個別のスペクトルエネルギー分布が得られた。
• RGSの高分解能により、吸収ガスのイオン化構造が良好に制約され、広いイオン化パラメータ範囲での信頼性の高い含有量決定が可能になった。
• 炭素、窒素、ネオン、マグネシウム、ケイ素、硫黄、カルシウム、鉄の複数イオン化状態からの観測吸収線を酸素に対してフィットさせ、含有量比を導出した。
• 特にケイ素やカルシウムのように精度が低い要因に対しては、吸収度分布（AMD）モデル化を適用して含有量結果の妥当性を検証した。
• 結果は、マルク279のUVスペクトルからの絶対含有量測定と照合され、また、局所の楕円銀河、銀河団コア、クェーサーの広帯域発光線における含有量と比較された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マルク509のウォーム吸収体における炭素、窒素、ネオン、マグネシウム、ケイ素、カルシウム、鉄の酸素に対する相対含有量は何か？
• RQ2 導出された含有量はプロト・スン比と整合的か。そうでない場合、核合成過程にどのような意味があるのか？
• RQ3 マルク509の含有量比は、他のAGN、局所銀河、銀河団内媒体と比べてどう異なるか？
• RQ4 高赤方偏移クェーサーにおける広帯域発光線に基づく含有量決定は、共鳴散乱の影響をどれほど受けるのか？
• RQ5 含有量パターンは、吸収ガスの起源と進化を何を示しているのか。特に、降着円盤またはトーラス由来である可能性を示唆するか？

主な発見

• マルク509のウォーム吸収体における相対含有量比は、プロト・スン値と整合的である：C/O = 1.19 ± 0.08、N/O = 0.98 ± 0.08、Ne/O = 1.11 ± 0.10、Mg/O = 0.68 ± 0.16、Si/O = 1.3 ± 0.6、Ca/O = 0.89 ± 0.25、Fe/O = 0.85 ± 0.06。
• 硫黄はプロト・スン比に対してわずかに欠乏しており、S/O = 0.57 ± 0.14 であり、Sを多く含む核合成寄与の不足を示唆している。
• O/Fe、Ne/Fe、Si/Fe、S/Fe、Ca/Feの含有量比は、銀河団コアよりも高いことから、中心崩壊超新星と星風がマルク509の銀河間媒体の重元素を豊かにした主因であることが示唆される。
• マルク509のMg/FeおよびSi/Fe比は、局所の楕円銀河のホットハローISMで観測された値と整合的であるが、O/FeはホットISMよりも高い。
• X線吸収線からの含有量比は、UV吸収線によるマルク279の絶対含有量測定と一致しており、この手法の信頼性が裏付けられた。
• 高赤方偏移クェーサーにおける広帯域発光線に基づく含有量決定は、Lyα光子の共鳴散乱によってN v線プロファイルが歪められ、含有量推定が偏るため、信頼性に欠けることが判明した。