[論文レビュー] Simultaneous X-ray and UV spectroscopy of the Seyfert 1 galaxy NGC 5548.II. Physical conditions in the X-ray absorber

K. C. Steenbrugge, J. S. Kaastra+9 more|ArXiv.org|Jan 7, 2005

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 32被引用数 97

ひとこと要約

本研究は、NGC 5548における同時Chandra X線およびUV分光測定を実施し、X線の温い吸収体が、特に−1040 km s⁻¹の高速噴流において、速度成分にわたる列密度とイオン化パラメータの連続的分布を示すことを明らかにした。データは、密度に段階的なストリーマーを支持するクラスタリングされた圧力平衡モデルを排除し、質量噴流の上限が0.3 M⊙ yr⁻¹であることを示しており、これは降着率と整合的であり、ディスク不安定性駆動の風を示唆している。

ABSTRACT

We present the results from a 500 ks Chandra observation of the Seyfert 1 galaxy NGC 5548. We detect broadened emission lines of O VII and C VI in the spectra, similar to those observed in the optical and UV bands. The source was continuously variable, with a 30 % increase in luminosity in the second half of the observation. No variability in the warm absorber was detected between the spectra from the first 170 ks and the second part of the observation. The velocity structure of the X-ray absorber is consistent with the velocity structure measured simultaneously in the ultraviolet spectra. We find that the highest velocity outflow component, at -1040 km/s, becomes increasingly important for higher ionization parameters. This velocity component spans at least three orders of magnitude in ionization parameter, producing both highly ionized X-ray absorption lines (Mg XII, Si XIV) as well as UV absorption lines. A similar conclusion is very probable for the other four velocity components. Based upon our observations, we argue that the warm absorber probably does not manifest itself in the form of photoionized clumps in pressure equilibrium with a surrounding wind. Instead, a model with a continuous distribution of column density versus ionization parameter gives an excellent fit to our data. From the shape of this distribution and the assumption that the mass loss through the wind should be smaller than the accretion rate onto the black hole, we derive upper limits to the solid angle as small as 10^{-4} sr. From this we argue that the outflow occurs in density-stratified streamers. The density stratification across the stream then produces the wide range of ionization parameter observed in this source. Abridged.

研究の動機と目的

• 同時高分解能X線およびUV分光測定を用いて、NGC 5548のX線温い吸収体の物理的状態を特定すること。
• X線およびUV吸収線を比較することで、噴流ガスの運動的およびイオン化構造を解明すること。
• 温い吸収体が、圧力平衡の離散的クラスターであるか、連続的なイオン化状態の分布であるかを検証すること。
• イオン化パラメータと列密度の分布を用いて、風の質量噴流速度および立体角を制約すること。
• C vi、O vii、O viiiの広帯発光線が、温い吸収体の列密度測定および風の運動学に与える影響を評価すること。

提案手法

• NGC 5548の高信号対雑音比・高分解能X線スペクトルを取得するため、500 ksのChandra LETGS/HETGS観測を実施した。
• HST STISおよびFUSEからのUV吸収線と照合することで、X線吸収線（C、N、O、Ne、Mg、Si、S、Fe由来）の速度成分を一致させた。
• 温い吸収体のフィットに3つのスペクトルモデルを用いた：離散的成分、連続的N_H(ξ)分布、クラスタリング圧力平衡モデル。
• イオン化パラメータξ = L/(n r²)と列密度N_Hを用いて、噴流全体におけるイオン化状態の分布をマッピングした。
• 質量噴流速度が降着速度を下回ることを制約条件として用い、立体角および風の幾何学的形状の上限を導出した。
• 1999年から2002年の間にO vおよび他の線の変動を分析し、長期的な風の挙動を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 X線およびUVの温い吸収体は、速度およびイオン化構造からみて、同一の物理的噴流ガスを示しているか？
• RQ2 観測されたイオン化パラメータの範囲は、圧力平衡の離散的クラスターであるか、イオン化に連続的な列密度分布であるか、どちらが適切か？
• RQ3 降着速度を下回らなければならないという制約のもとで、風の質量噴流速度および幾何学的形状（立体角）にどのような制約が課されるか？
• RQ4 C vi、O vii、O viiiの広帯発光線は、温い吸収体の列密度推定値および風の運動学にどのように影響を与えるか？
• RQ5 −1040 km s⁻¹の高速成分は、低速成分と比較して、イオン化および密度の点で特異的な構造を示しているか？

主な発見

• NGC 5548のX線温い吸収体は、イオン化パラメータにおいて少なくとも3桁の範囲にわたり連続的な列密度分布を示しており、特に−1040 km s⁻¹の速度成分で顕著である。
• 最高の高速成分は、Mg xiiやSi xivなどの高度にイオン化されたX線線とUV線を同時に含んでおり、1つの噴流構造内に広範なイオン化状態が存在することを示している。
• 離散的で圧力平衡のクラスターであるモデルは、少なくとも5つの別個の成分を必要とし、観測されたイオン化範囲を説明できないため、データはこれを排除する。
• 連続的N_H(ξ)分布モデルは良好なフィットを示し、大距離での密度勾配がr⁻⁰.⁷¹に比例する密度に段階的なストリーマーのモデルを支持している。
• 風の立体角の上限は10⁻⁴ srまで低く抑えられ、広がった風ではなく、細い糸状のストリーマーであることを示唆している。
• 質量噴流速度は≤ 0.3 M⊙ yr⁻¹に制限され、これは降着率と整合的であり、AGNの生涯にわたり銀河間媒体の強化が限定的である可能性を示唆している。