[論文レビュー] Multiwavelength campaign on Mrk 509 XV. A global modeling of the broad emission lines in the Optical, UV and X-ray bands

E. Costantini, G. A. Kriss+12 more|Data Archiving and Networked Services (DANS)|Jun 21, 2016

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 67被引用数 12

ひとこと要約

本研究では、同時に取得されたXMM-NewtonおよびHST-COSの観測を用いて、Mrk 509の可視光、紫外線、X線帯域における広帯域発光線を、局所的に最適な発光（LOC）モデルでモデル化する。2つの異なるガス成分が特定された。内側に位置する高イオン化度領域（5×10¹⁴–3×10¹⁷ cm）はX線および紫外線発光線を発生させ、外側に位置するより広がった低イオン化度領域（3×10¹⁷–3×10¹⁸ cm）は可視光およびやや弱い紫外線発光線を発生させる。両者とも、半径方向の発光度勾配は約1.10–1.15である。

ABSTRACT

We model the broad emission lines present in the optical, UV and X-ray spectra of Mrk 509, a bright type 1 Seyfert galaxy. The broad lines were simultaneously observed during a large multiwavelength campaign, using the XMM-Newton-OM for the optical lines, HST-COS for the UV lines and XMM-Newton-RGS and Epic for the X-ray lines respectively. We also used FUSE archival data for the broad lines observed in the far-ultra-violet. The goal is to find a physical connection among the lines measured at different wavelengths and determine the size and the distance from the central source of the emitting gas components. We used the "Locally optimally emission Cloud" (LOC) model which interprets the emissivity of the broad line region (BLR) as regulated by powerlaw distributions of both gas density and distances from the central source. We find that one LOC component cannot model all the lines simultaneously. In particular, we find that the X-ray and UV lines likely may originate in the more internal part of the AGN, at radii in the range ~5x10^{14}-3x10^{17} cm, while the optical lines and part of the UV lines may likely be originating further out, at radii ~3x10^{17}-3x^{18} cm. These two gas components are parametrized by a radial distribution of the luminosities with a slope gamma of ~1.15 and ~1.10, respectively, both of them covering at least 60% of the source. This simple parameterization points to a structured broad line region, with the higher ionized emission coming from closer in, while the emission of the low-ionization lines is more concentrated in the outskirts of the broad line region.

研究の動機と目的

• Mrk 509の可視光、紫外線、X線帯域で同時に観測された広帯域発光線の間の物理的関係を確立すること。
• 中心AGN源からの発光ガス成分の空間的分布および距離を特定すること。
• 単一成分のLOCモデルが、広帯域発光線の全スペクトルエネルギー分布を再現できるかどうかを検証すること。
• 広帯域発光線領域（BLR）が6.4 keVのFe Kα線に果たす寄与を評価すること。
• 多波長発光線プロファイルのフィッティングを通じて、BLRの幾何構造および覆い率を調査すること。

提案手法

• 発光度をガス密度および中心源からの距離の関数として解釈するため、局所的に最適な発光（LOC）モデルを適用した。
• ガス密度および半径方向距離のべき乗則分布を用いて、複数の波長帯域におけるBLR発光をパラメータ化した。
• XMM-Newton-OM（可視光）、HST-COS（紫外線）、XMM-Newton-RGS/Epic（X線）、およびアーカイブされたFUSE（遠紫外線）データからの観測発光線プロファイルをフィッティングした。
• 適合品質を向上させるために、2つの異なるガス成分について、それぞれ独立した半径分布および覆い率を許容した。
• 6.4 keVのFe Kα線を、BLR寄与の診断として組み込み、遠方の物質からの非可変な狭帯域成分を仮定した。
• モデルの頑健性を評価するため、半径方向発光度勾配（γ）、覆い率（C_V）、および半径範囲のパラメータ空間を探索した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 単一成分のLOCモデルは、Mrk 509の可視光、紫外線、X線帯域における広帯域発光線を同時に再現できるか？
• RQ2 異なるイオン化状態の広帯域発光線を発生させる発光ガス成分の半径距離および物理的スケールは何か？
• RQ3 高イオン化度および低イオン化度の発光線を発生させるBLRガスの半径方向発光度分布（γ）はどのように異なるか？
• RQ4 観測された6.4 keVのFe Kα線のうち、どれくらいの割合がBLR由来であり、どれくらいが遠方の冷たい物質由来か？
• RQ5 BLRの覆い率および幾何構造は、その構造的および力学的性質に何を示唆するか？

主な発見

• 単一のLOC成分では、すべての広帯域発光線を同時にモデル化できないため、2成分モデルが不可欠である。
• X線および高イオン化度紫外線発光線（例：C iv）は、半径約5×10¹⁴–3×10¹⁷ cmに位置する内側のBLR成分に起因し、半径方向発光度勾配γ ≈ 1.15である。
• 可視光および低イオン化度紫外線発光線は、半径約3×10¹⁷–3×10¹⁸ cmに位置するより広がったBLR成分に起因し、γ ≈ 1.10である。
• 両成分とも覆い率が60%以上であるため、非球形で構造的なBLR幾何形状であり、顕著な半径方向拡がりを示している。
• BLRは観測された6.4 keVの広帯域Fe Kα線の約30%を寄与しており、発光ピークは小半径（log r ≈ 14.75 cm）に位置する。
• 2成分モデルは単一成分モデルよりも統計的に優れた適合を示すが、残差の不一致は、単純なLOCパラメータ化の限界を示しており、おそらく複雑な運動学的状態や非一様な覆い率に起因する。