[論文レビュー] Simultaneous XMM- extit{Newton} and HST-COS observation of 1H0419-577: II. Broadband spectral modeling of a variable Seyfert galaxy

Laura Di Gesu, E. Costantini+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 22, 2014

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、同時観測によるXMM-NewtonとHST-COSを用いて、セイフェルト1.5型銀河1H0419-577の広帯域スペクトルをモデル化し、ソフトX線過剰とハードX線連続スペクトルを再現するため、温かい（T ~ 0.7 keV、τ ~ 7）および高温の（T ~ 160 keV、τ ~ 0.5）コロナによる円盤光子のコンプトン化を提案する。このモデルは、部分的覆い、可変透過率の吸収体（NH ~ 10^19–10^22 cm⁻²）を介した歴史的スペクトル変動を成功裏に説明でき、高X線放射率状態ではイオン化により透過率が低下するため、BLR雲の密度と整合的である。

ABSTRACT

In this paper we present the longest exposure (97 ks) XMM-Newton EPIC-pn spectrum ever obtained for the Seyfert 1.5 galaxy 1H 0419-577. With the aim of explaining the broadband emission of this source, we took advantage of the simultaneous coverage in the optical/UV that was provided in the present case by the XMM-Newton Optical Monitor and by a HST-COS observation. Archival FUSE flux measurements in the FUV were also used for the present analysis. We successfully modeled the X-ray spectrum together with the optical/UV fluxes data points using a Comptonization model. We found that a blackbody temperature of $T \sim 56$ eV accounts for the optical/UV emission originating in the accretion disk. This temperature serves as input for the Comptonized components that model the X-ray continuum. Both a warm ($T_{ m wc} \sim 0.7 $ keV, $τ_{ m wc} \sim 7 $) and a hot corona ($T_{ m hc} \sim 160 $ keV, $τ_{ m hc} \sim 0.5$) intervene to upscatter the disk photons to X-ray wavelengths. With the addition of a partially covering ($C_v\sim50\%$) cold absorber with a variable opacity ($ {\it N}_{ m H}\sim [10^{19}- 10^{22}] \, m cm^{-2}$), this model can well explain also the historical spectral variability of this source, with the present dataset presenting the lowest one (${\it N}_{ m H}\sim 10^{19} \, m cm^{-2} $). We discuss a scenario where the variable absorber, getting ionized in response to the variations of the X-ray continuum, becomes less opaque in the highest flux states. The lower limit for the absorber density derived in this scenario is typical for the broad line region clouds. Finally, we critically compare this scenario with all the different models (e.g. disk reflection) that have been used in the past to explain the variability of this source

研究の動機と目的

• 同時的な可視光/UVおよびX線データを用いて、セイフェルト1.5型銀河1H0419-577の広帯域スペクトル変動を説明すること。
• 温かいおよび高温のコロナによる円盤光子のコンプトン化が、ソフトX線過剰およびハードX線連続スペクトルを再現できるかどうかを検証すること。
• スペクトル変動を引き起こす可変吸収体の物理的起源を特定し、反射または光の屈曲モデルとは区別すること。
• 吸収体の密度とBLR雲およびトーラス構造の密度を比較することで、その幾何学的配置と位置を評価すること。

提案手法

• XMM-Newton EPIC-pn（X線）、XMM-OM（可視光）、HST-COS（UV）、およびアーカイブFUSE（FUV）データを用いた同時広帯域スペクトルフィッティング。
• X線連続スペクトルを二つのコンプトン化成分でモデル化：温かいコロナ（T_wc ~ 0.7 keV、τ_wc ~ 7）および高温のコロナ（T_hc ~ 160 keV、τ_hc ~ 0.5）、両者ともT_dbb ~ 56 eVの円盤ブラックボディからのエネルギー供給を想定。
• 可変光学的厚さ（NH ~ 10^19–10^22 cm⁻²）を持つ部分的覆いの冷たい吸収体を含め、スペクトル変動を説明する。
• イオン化駆動型遮蔽仮説を検証するため、吸収体の透過率をX線連続スペクトルの放射率と関連づけ、放射率が増加するにつれてイオン化度が上昇すると仮定する。
• ディスク反射、光の屈曲、可変元素組成モデルなどの代替説明と比較する。
• 推定された吸収体の密度と傾斜角（i ≥ 54°）を用いて、クラスタ型トーラス幾何学と整合性があるかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 温かいおよび高温のコロナによる円盤光子のコンプトン化が、1H0419-577におけるソフトX線過剰およびハードX線連続スペクトルを説明できるか？
• RQ2 観測されたスペクトル変動の物理的起源は何か、特に吸収体の光学的厚さとX線放射率の逆相関関係は？
• RQ3 可変吸収体は、BLR雲の物理的性質またはトーラス構造と整合的か？
• RQ4 観測された広帯域スペクトルは、源の幾何学的配置と傾斜角をどのように制限するか？
• RQ5 コンプトン化モデルは、不適切な仮定（例：可変元素組成や複雑な光の屈曲効果）を必要とせずに、過去のX線およびUVデータを再現できるか？

主な発見

• 広帯域スペクトルは、温かいコロナ（T_wc ~ 0.7 keV、τ_wc ~ 7）および高温のコロナ（T_hc ~ 160 keV、τ_hc ~ 0.5）を含むコンプトン化モデルで最もよくフィットし、両者ともT_dbb ~ 56 eVの円盤ブラックボディからのエネルギー供給を受ける。
• 可変吸収体の吸収係数は、高X線放射率状態に達するにつれて、約10^22 cm⁻²から約10^19 cm⁻²に低下し、イオン化駆動型遮蔽を示唆する。
• 吸収体の推定密度は、典型的なBLR雲の密度と整合的であり、中心天体からの距離が約kpcスケールに位置する可能性を支持する。
• 源は高い傾斜角（i ≥ 54°）から観測されており、X線遮蔽がクラスタ型トーラスの内側のダストフリー領域由来である可能性を示唆する。
• 従来のモデルとは異なり、可変元素組成や複雑な光の屈曲幾何学を仮定することなく、歴史的スペクトル変動を成功裏に再現できた。
• 高SN比の97 ksのXMM-Newton観測では、超高速放出の特徴を検出しなかった。