[論文レビュー] Soft X-ray Spectroscopy of NGC 1068 with XMM-Newton RGS and Chandra LETGS

Ali Kinkhabwala, M. Sako+8 more|arXiv (Cornell University)|Mar 2, 2002

X-ray Spectroscopy and Fluorescence Analysis被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、XMM-Newton RGSおよびChandra LETGSを用いたNGC 1068の高分解能ソフトX線スペクトルを提示する。このスペクトルは、放射再結合およびキャスケード放出が支配的である光電離および光励起されたイオン化コーンからの発光であることを示している。推定された半径方向のイオン柱密度は、セイフェルト1型銀河における温い吸収体のそれとよく一致しており、NGC 1068に広がる300 pcスケールのイオン化コーンが温い吸収体そのものであると示唆され、典型的な温い吸収体は従来の1 pc未満に限定されるのではなく、数パーセクにわたって広がっている可能性を示している。

ABSTRACT

We present high-resolution soft-X-ray spectra of the prototypical Seyfert 2 galaxy, NGC 1068, taken with XMM-Newton RGS and Chandra LETGS. Its rich emission-line spectrum is dominated by recombination in a warm plasma (bright, narrow radiative recombination continua provide the ``smoking gun''), which is photoionized by the inferred nuclear power-law continuum. Radiative decay following photoexcitation of resonant transitions is also significant. A self-consistent model of an irradiated cone of gas is capable of reproducing the hydrogenic/heliumlike ionic line series in detail. The radial ionic column densities we infer are consistent with absorption measurements (the warm absorber) in Seyfert 1 galaxies. This strongly suggests that the emission spectrum we observe from NGC 1068 emanates from its warm absorber. The observed extent of the ionization-cone/warm absorber in NGC 1068 of about 300 pc implies that a large fraction of the gas associated with generic warm absorbers may typically exist on the hundreds-of-parsec scale rather than much closer to the nucleus (e.g., less than a parsec). Spatially-resolved spectroscopy using the LETGS of two distinct emission regions yields two noticeably different spectra. We show that these differences are solely due to differing radial column densities. A fairly flat distribution in ionization parameter is necessary to explain the inferred radial ionic column densities of all spectra. This must primarily be due to a broad density distribution at each radius, spanning roughly 0.1-100 cm$^{-3}$. (Abridged)

研究の動機と目的

• 高分解能X線分光法を用いて、代表的セイフェルト2型銀河NGC 1068のソフトX線発光の起源を解明すること。
• 観測された発光が光電離ガス、衝突電離ガス、またはそれらの組み合わせによって生じるかを特定すること。
• 特にイオン柱密度の半径方向分布を含めた、発光ガスの空間的およびイオン化構造を調査すること。
• NGC 1068のイオン化コーンが、セイフェルト1型銀河で観測される温い吸収体と同一構造であるという仮説を検証すること。
• スペクトルモデリングを用いて、発光プラズマ内の密度およびイオン化パラメータ分布を制約すること。

提案手法

• XMM-Newtonのリフレクショングレーティングスペロメータ（RGS）およびChandraのローレンス・トランスミッション・グレーティング・スペロメータ（LETGS）を用いて、高分解能ソフトX線スペクトルを取得した。
• C、N、O、Ne、Mg、Si、Sのハイドロゲニックおよびヘリウム類イオンからの発光ライン、およびFe L殻遷移を含むスペクトルを分析した。
• 電子温度の測定には放射再結合連続スペクトル（RRC）を用い、kT ≈ 2–10 eVの結果は、冷却で光電離されたプラズマであることを示している。
• パワーライト連続スペクトルを仮定し、半径方向のイオン柱密度を変化させた、一貫性のある光電離モデル（XSTARを用いて）を適用した。
• LETGSを用いた空間分解スペクトル測定を、2つの異なる発光領域に対して実施し、核からの距離の異なる位置でのスペクトルを比較可能にした。
• 観測されたイオン柱密度に適合させるために、イオン化パラメータξ = LX/(ne r²) におけるlog ξ ≈ 0から-3の範囲で平坦な分布が要求され、これはne ≈ 0.1–100 cm⁻³の範囲でf(ne) ∝ ne⁻¹の密度分布によって最もよく説明される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 1068のソフトX線発光の主因となる物理的メカニズムは何か：光電離、衝突電離、または再結合か？
• RQ2 観測された半径方向のイオン柱密度は、セイフェルト1型銀河の温い吸収体で測定された値と整合的か？
• RQ3 2つの発光領域の空間分解スペクトルは、イオン化状態や密度構造に差異を示すか？
• RQ4 複数のイオン種における観測されたイオン柱密度を最もよく説明する密度およびイオン化パラメータ分布は何か？
• RQ5 NGC 1068のイオン化コーンは、セイフェルト1型AGNの温い吸収体と物理的に同一か？

主な発見

• NGC 1068のソフトX線発光は、光電離および光励起に続く放射再結合とキャスケード放出によって支配されており、衝突電離ガスによる寄与は顕著でない。
• 観測された再結合連続スペクトルは鋭く（kT ≈ 2–10 eV）、高温の衝突電離ガスではなく、冷却で光電離されたプラズマが存在することを確認している。
• スペクトルから推定された半径方向のイオン柱密度は、セイフェルト1型銀河の温い吸収体で測定された値と定量的に整合しており、イオン化コーンが温い吸収体であると識別する根拠を支持している。
• イオン化コーンは約300 pcにわたって広がっており、従来の1 pc未満に限定されるものとは異なり、通常の温い吸収体は数パーセクにわたって広がっている可能性を示唆している。
• log ξ ≈ 0から-3の範囲でイオン化パラメータξに平坦な分布が要求され、これはne ≈ 0.1–100 cm⁻³の範囲でf(ne) ∝ ne⁻¹の径方向密度分布によって、単一密度のコーンよりもよりよく説明される。
• 2つの異なる発光領域からの空間分解スペクトルは、イオン化状態や励起状態に差異を示さず、熱い流出ガスのショック加熱による寄与を除外する。