[論文レビュー] The largest Swift AGN monitoring campaign: UV/optical variability in NGC 5548

Stephen Connolly, I. M. McHardy+8 more|arXiv (Cornell University)|Feb 26, 2015

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 26被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、これまでで最大のSwift AGNモニタリングキャンペーンを提示し、750日間にわたりNGC 5548の554件の観測を分析してUV/光学変動を調査した。UV/光学変動はX線に遅れて現れ、波長に依存する遅れがλ^1.23に比例することを明らかにした。これはX線再放射によるものであり、標準的な Shakura-Sunyaev 盤モデルの予測よりも観測された遅れが約3倍長いことが示され、再考が必要な盤パラメータ、または不連続的でより高温あるいはより大きな盤構造を示唆している。

ABSTRACT

We report on the largest Swift AGN monitoring program, concerning UV/optical variability in Seyferts. From 554 observations, over a 750d period, of the Seyfert galaxy NGC 5548, we see (McHardy et al. 2014) a good overall correlation between the X-ray and UV/optical bands,particularly on short timescales (tens of days). The UVOT bands are found to lag behind X-rays with a lag scaling as wavelength to the power 1.23 +/- 0.31, in excellent agreement with that expected (1.33) if UV/optical variability arises from reprocessing of X-rays by the accretion disc. However, the observed lags are ~3 times longer than expected from a standard Shakura-Sunyaev disc, raising real concerns about the detailed validity of this model. The results can be explained with a slightly larger mass and accretion rate, and a hotter disc, or if the disc is clumpy, thereby enhancing the emission from the outer regions.

研究の動機と目的

• 同時Swift XRTおよびUVOTデータを用いて、NGC 5548におけるX線からUV/光学への変動遅れを高時間分解能で測定すること。
• UV/光学変動が、再放射モデルが予測するようにX線放射の再放射によって生じるかどうかを検証すること。
• 観測された遅れが標準的 Shakura-Sunyaev 盤モデルの予測と整合しているかどうかを特定すること。もしくは、質量や降着率、または盤の不連続性といった修正が必要かどうかを評価すること。
• X線変動と相関のない長期的UV/光学変動の原因を調査すること。

提案手法

• 750日間にわたり、554件の同時X線（XRT）およびUV/光学（UVOT）観測を実施し、中央値の観測間隔は約2日であった。
• X線とUVOT光曲線間の時間遅れを測定するために、離散自己相関関数（DCF）および補間自己相関関数（ICCF）を用いた。
• ランプポスト幾何学に基づく再放射モデルを適用し、X線放射源が盤の上に位置するものと仮定し、ブラックホール質量、降着率、X線輝度、および源の高さHをパラメータとした。
• X線および重力的加熱を考慮した盤モデルを用い、アルベド、内半径R_in、および高さHを組み込み、再放射遅れを予測した。
• 観測された遅れと標準的盤モデルの予測を比較し、パラメータ空間（例：M_BH, ṁ_E, H, R_in）を探索して観測と理論の一致を図った。
• 長期的変動のための代替的説明（例えば、盤の不連続性、より大きな盤サイズ、またはコロナ内での粘性伝播）を調査した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 5548におけるX線とUV/光学変動の時間遅れは何か。また、これは波長にどのように依存するか？
• RQ2 NGC 5548における観測されたUV/光学変動は、主にX線放射の再放射によって生じているのか？
• RQ3 観測された遅れは、標準的 Shakura-Sunyaev 盤モデルの予測と整合しているか？
• RQ4 観測された遅れと標準的モデル予測との乖離を説明する物理的メカニズムは何か？
• RQ5 X線光曲線に反映されない長期的UV/光学変動の原因は何か？

主な発見

• X線からUVW2への遅れは、波長10年あたり1.23 ± 0.31日であり、λ^1.23に比例することが確認され、短期的UV/光学変動の原因がX線再放射であるという強い証拠となった。
• 観測された遅れは、標準的 Shakura-Sunyaev 盤モデルの予測よりも約3倍長く、理論的期待と顕著な乖離が示された。
• 標準的モデルと観測結果を一致させるためには、ブラックホール質量を約10^8 M⊙に、降着率をEddingtonの0.06に、X線源の高さを20 Rgに増加させる必要がある。あるいは、盤が不連続的でより高温である必要がある。
• X線に反映されない、日6470から6547の間の長期的UV/光学上昇は、大きな半径からの粘性伝播（時間スケール約10年）では説明できないため、コロナや内側の盤の摂動といった代替メカニズムを示唆している。
• X線がUV/光学の変動を先導する現象は、X線の初期光子フラクチュエーションの可能性があるが、盤の立体角が大きく、再放射中に光子が増幅されることで、X線駆動の変動が強化されるため、説明が可能である。
• 微小レンズ効果観測がより大きな盤サイズを支持する一方で、標準的盤モデルが不十分であることを強化し、修正されたあるいは不均質な盤構造の必要性を裏付けた。