[論文レビュー] NuSTAR/XMM-Newton monitoring of the Seyfert 1 galaxy HE 1143-1810. Testing the two-corona scenario

F. Ursini, Pierre-Olivier Petrucci+12 more|arXiv (Cornell University)|Dec 17, 2019

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 92被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、同時観測によるNuSTARおよびXMM-Newtonデータを用いて、セイフェルト1型銀河HE 1143-1810における二重コロナモデルを検証した。軟X線過剰は、温度が約0.5 keV、光学厚さが約17–18の温かいコロナ（kT ~ 0.5 keV, τ ~ 17–18）によって説明され、一方、約20重力半径の位置に配置されたジェット発生円盤（JED）幾何学的構造における高温コロナ（kT ~ 20 keV, τ ~ 4）が硬X線放射を生じている。データは、変動する降着率（0.7–0.9 L_Edd）を示す二相性降着流を支持しており、JED駆動の高温コロナと外側円盤を覆う温かいコロナと整合的である。

ABSTRACT

We test the two-corona accretion scenario for active galactic nuclei in the case of the `bare' Seyfert 1 galaxy HE 1143-1810. We perform a detailed study of the broad-band UV--X-ray spectral properties and of the short-term variability. We present results of a joint XMM-Newton and NuSTAR monitoring of the source, consisting of 5x20 ks observations, each separated by 2 days, performed in December 2017. The source is variable in flux among the different observations, and a correlation is observed between the UV and X-ray emission. Moderate spectral variability is observed in the soft band. The time-averaged X-ray spectrum exhibits a cut-off at $\sim 100$ keV consistent with thermal Comptonization. We detect an iron K$α$ line consistent with being constant during the campaign and originating from a mildly ionized medium. The line is accompanied by a moderate, ionized reflection component. A soft excess is clearly present below 2 keV and is well described by thermal Comptonization in a `warm' corona with a temperature of $\sim 0.5$ keV and a Thomson optical depth of $\sim 17-18$. For the hot hard X-ray emitting corona, we obtain a temperature of $\sim 20$ keV and an optical depth of $\sim 4$ assuming a spherical geometry. A fit assuming a jet-emitting disc (JED) for the hot corona also provides a nice description of the broad-band spectrum. In this case, the data are consistent with an accretion rate varying between $\sim 0.7$ and $\sim 0.9$ in Eddington units and a transition between the outer standard disc and the inner JED at $\sim 20$ gravitational radii. The broad-band high-energy data agree with an accretion flow model consisting of two phases: an outer standard accretion disc with a warm upper layer, responsible for the optical--UV emission and the soft X-ray excess, and an inner slim JED playing the role of a hard X-ray emitting hot corona.

研究の動機と目的

• 『裸の』セイフェルト1型銀河HE 1143-1810における二重コロナ降着シナリオを検証すること。
• この源における軟X線過剰および硬X線放射の物理的起源を特定すること。
• ジェット発生円盤（JED）幾何学的構造が、全バンド幅X線スペクトルおよび変動性を説明できるかどうかを調査すること。
• 標準降着円盤（SAD）とJEDの間の遷移半径および降着率を制約すること。

提案手法

• XMM-NewtonおよびNuSTARを用いた5エポックの同時モニタリングを実施し、各観測は約20 ks継続、2日間隔を空けて実施した。
• エネルギー範囲が約0.3 keVから約100 keVにわたる、全バンド幅のUV–X線スペクトル解析を実施した。
• 時間平均スペクトルおよび個々の観測スペクトルに、温かいコロナおよび高温コロナの熱的コンプトン化モデルを適用してフィッティングした。
• 高温コロナにJEDモデルを適用し、遷移半径を約20重力半径と仮定した。
• 降着流をSAD–JEDモデルで記述し、降着率および遷移半径を自由パラメータとした。
• ジェット出力関係（νLν ∝ ṁ^{17/12} r_in (r_J - r_in)^{5/6}）を用いて、ジェット効率係数f̃_Rを推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HE 1143-1810における軟X線過剰は、温度が約0.5 keVの温かいコロナにおける熱的コンプトン化によって生じるか？
• RQ2 JED幾何学的構造における高温コロナが、硬X線放射および高エネルギー端末（約100 keV）を説明できるか？
• RQ3 観測された輝度変動は降着率の変化によって駆動されており、JEDモデルと整合的か？
• RQ4 約20 R_GでのSAD–JED遷移は、全バンド幅スペクトルを物理的に整合的に記述できるか？
• RQ5 推定された降着率および遷移半径を考慮した場合、観測された電波放射はJEDによって駆動されるジェットと整合的か？

主な発見

• 軟X線過剰は、温度が約0.5 keV、光学厚さが約17–18の温かいコロナにおける熱的コンプトン化によって最もよく説明される。
• 硬X線放射は、球対称幾何学を仮定した場合、温度が約20 keV、光学厚さが約4の高温コロナと整合的である。
• JEDモデルは全バンド幅スペクトルに対して優れたフィットを示し、降着率は約0.7から約0.9 L_Eddの間で変動している。
• 標準降着円盤とJEDの間の遷移半径は約20重力半径に制約され、わずかな（約10％）変動を示している。
• 電波ジェット出力関係から得られた次元なし係数f̃_R ~ 1.3×10⁻⁹は、GX 339-4などのX線連星における値と同程度である。
• 鉄Kα線は鋭く、一定しており、ややイオン化された媒体からの寄与と整合的であり、中程度のイオン化反射成分が存在する。