[論文レビュー] The giant X-ray outbursts in NGC 5905 and IC 3599: Follow-up observations and outburst scenarios

S. Komossa, N. Bade|arXiv (Cornell University)|Jan 12, 1999

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 24

ひとこと要約

この論文は、NGC 5905およびIC 3599における巨大X線降下の原因を調査し、中心に存在する超大質量ブラックホール（SMBH）による星の潮汐破壊が最も可能性の高いメカニズムであると提案している。マルチウェーブ長のフォローアップ観測—X線（ROSAT PSPC/HRI）、光学的光度測定、高分解能分光法—を用いて、NGC 5905には恒久的なセイフェルト活動の兆候が認められず、これは、活動的段階を経験したが現在は非活性状態にある銀河に、眠っているSMBHが一般的に存在するという仮説を支持する。

ABSTRACT

(abridged) Huge amplitude X-ray outbursts in a few galaxies were reported in the last few years. As one of the exciting possibilities to explain these observations, tidal disruption of a star by a supermassive black hole has been proposed. In the present paper, we perform a detailed discussion of this and other possible scenarios for the X-ray outburst in NGC 5905, and a comparison of NGC 5905 and IC 3599 in outburst as well as in quiescence. To this end we present (i) a thorough analysis of all ROSAT observations of NGC 5905, (ii) optical photometry of NGC 5905 quasi-simultaneous to the X-ray outburst, (iii) the first post-outburst optical spectra of NGC 5905 and high-resolution post-outburst spectra of IC 3599, and (iv) photoionization models for the high-excitation emission lines that were discovered in the optical outburst spectrum of IC 3599. The investigated outburst models include, besides the tidal disruption event, a supernova in dense medium, an accretion-disk instability, an event of extreme gravitational lensing, and the X-ray afterglow of a GRB. The optical spectra of both galaxies in quiescence are carefully examined for signs of permanent low-level Seyfert-activity. Whereas IC 3599 shows several signs of activity, none is revealed for NGC 5905. At present, and among the X-ray bursts, this makes NGC 5905 the only safe candidate for a tidal disruption event in an otherwise non-active galaxy. We briefly comment on a search for further highly variable objects on the basis of ROSAT observations. Several with factors 10-20 are found.

研究の動機と目的

• NGC 5905およびIC 3599における巨大X線降下の起源を特定すること。これらの降下は10^42 erg/sを超える放射度を示し、約100倍の変動を示す。
• 中心に存在する超大質量ブラックホール（SMBH）による星の潮汐破壊が、観測されたX線および光学的性質を説明できるかどうかを評価すること。
• NGC 5905およびIC 3599の静穏状態における光学的性質を調査し、恒久的な低レベルの活動銀河核（AGN）活動を有するかどうかを特定すること。
• 超新星の密集媒質内での爆発、降着円盤の不安定性、重力レンズ効果、ガンマ線バーストのX線後光といった代替の降下シナリオを評価すること。
• 降下の結果としての、非活性銀河に眠っているSMBHの存在が示唆する意味を検討し、AGN進化に関する広範な問題に貢献すること。

提案手法

• NGC 5905のROSAT PSPC X線観測データを包括的に分析し、降下後のX線光度曲線およびスペクトルの変化を追跡するために、新たにHRIデータを取得した。
• NGC 5905のX線降下と関連する光学的同等物または変動を探索するために、準同時的かつ長期的な光学的光度測定を実施した。
• NGC 5905およびIC 3599の降下後の初の高分解能光学分光スペクトルを取得し、発光線の性質を詳細に分析可能にした。
• IC 3599の降下スペクトルにおける高励起発光線に、Cloudyを用いた光電離モデルを適用し、発光ガスのイオン化源および物理的条件を制約した。
• 観測的制約を用いて、潮汐破壊、密集媒質内での超新星、円盤不安定性、重力レンズ効果、GRB後光、および温い吸収体を伴う隠れたセイフェルト核といった複数の降下シナリオを評価した。
• 降下時および静穏時におけるNGC 5905およびIC 3599のX線および光学的性質を比較し、各モデルとの整合性を評価し、特徴的な差異を特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 5905の巨大X線降下が、中心に存在する超大質量ブラックホールによる星の潮汐破壊と整合するかどうか。特に、光学的セイフェルト活動の欠如を踏まえて。
• RQ2 IC 3599のX線降下時における発光線ガスの物理的条件（密度、距離、イオン化度）は、光電離モデルからどのように特定されるか。
• RQ3 NGC 5905のX線降下中に検出されなかった光学的変動は、超新星や円盤不安定性といった代替シナリオを除外するものか。
• RQ4 高振幅X線変動と温い吸収体の存在との相関の意味は何か。この相関はNGC 5905にも適用可能か。
• RQ5 NGC 5905およびIC 3599の観測されたX線および光学データは、一貫した降下メカニズムで説明可能か。どのモデルが最も妥当とされるか。

主な発見

• NGC 5905の静穏状態における光学スペクトルにはセイフェルト活動の兆候がなく、発光線はHII様のシステムを示しており、X線降下中に光学的変動は検出されなかった。
• 降下から6.3年後に取得されたNGC 5905の降下後HRI観測では、X線放射度がさらに約2倍減少しており、継続的な減衰が示唆された。
• IC 3599の降下スペクトルに対する光電離モデリングにより、ガス密度n ≈ 10^9 cm^-3および核からの距離r ≈ 0.1 pcが得られ、強いコンパクトなイオン化源による照射を示唆した。
• IC 3599は高イオン化発光線および広帯域のHα成分を示しており、観測時におけるSeyfert 1.9分類が示唆されるが、降下後の残存物である可能性も否定できない。
• 検証されたモデルの中で、中心に存在する超大質量ブラックホールを含むもの、特に潮汐破壊のモデルのみが、観測されたX線放射度、やや軟らかなスペクトル（Γ ≈ -4）、および約100倍の変動幅を説明できた。
• NGC 5905は、確認された唯一の非活性銀河における巨大X線降下の事例として特定され、眠っているSMBHが、活動的段階を経験したが現在は非活性状態にある銀河に一般的に存在するという仮説を支持した。