[論文レビュー] The relation between optical and X-ray variability in Seyfert galaxies

P. Uttley|arXiv (Cornell University)|Jan 10, 2005

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、セイフェルト銀河における同時光学およびX線変動をレビューし、相関から無相関に至るまで多様な関係性を明らかにした。これは、標準的な再放射モデルやコンプトン化モデルに挑戦するものである。主な貢献は、多様な挙動が、高温のコロナ的領域と低温のディスク的領域といった異なる降着流に起因する可能性があることである。これはAGNにおける降着物理学およびブラックホールX線連星系との類似性に影響を及ぼす。

ABSTRACT

Studying simultaneous optical and X-ray light curves of radio-quiet AGN can help to probe the relationship between very different physical components - the cool, optically thick disk and hot, optically thin corona. Here, we review the relationship between optical and X-ray variability in Seyfert galaxies, which due to observing constraints was difficult to study for many years, but was given a huge boost with the launch of the RXTE satellite in 1995. We summarise the diverse results of several monitoring campaigns, which pose a challenge for standard theories relating optical and X-ray variability, with sources showing either correlated optical and X-ray flux variations, correlated optical flux and X-ray spectral variations, or no correlation at all. We discuss possible explanations for these results, some of which may be explained using a more standard AGN picture, while others may require additional components, such as the 2-phase accretion flows suggested to explain black hole X-ray binary behaviour.

研究の動機と目的

• セイフェルト銀河における低温で光学的厚い降着ディスクと高温で光学的薄いコロナの間の物理的関係を、同時光学およびX線変動の観測によって理解すること。
• X線人工衛星のスケジューリング制約によって長年にわたり制限されてきた、AGNにおける光学-X線相関に関する一貫性のない観測結果の解決。
• 光学およびX線バンドにおける変動が、共通のメカニズム、再放射、またはコンプトン化に起因するのか、あるいは複数の降着流が必要かを調査すること。
• 特に高い降着率を示す幅線型セイフェルト1型銀河において、ブラックホール質量および降着率が観測される変動パターンに与える影響を明らかにすること。
• ブラックホールX線連星系、特に二相降着流モデルとの類似性が、AGNにおける光学-X線変動関係の多様性を説明できるかどうかを評価すること。

提案手法

• RXTEおよび地上望遠鏡を用いたモニタリングキャンペーンから得られた同時光学およびX線光曲線の分析。特に長期的かつ高密度にサンプリングされた観測に注目した。
• 時間遅れを検出するために相互相関技術を適用し、光曲線に見られる赤色ノイズ特性にも注意を払った。
• 再放射（X線がディスクを加熱し、光学放射を生成）およびコンプトン化（逆コンプトン散乱による光学/紫外線光子がX線放射を生成）といった理論的モデルの適用。
• 特に低質量・高降着率の幅線型セイフェルト1型銀河（NL1）と高質量・低降着率の広帯域セイフェルト銀河を対比して、異なるセイフェルト型における変動振幅および時標高の比較。
• 特に二相降着流モデル（高温コロナおよび低温ディスク）を特徴とするブラックホールX線連星系からの知見を統合し、AGNにおける変動の解釈に応用。
• 光行時遅れ、源の大きさ、X線放射の非等方性といった幾何学的および物理的要因を評価し、一部の源で相関がない理由を説明すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なるセイフェルト銀河で観測される光学-X線変動相関の多様性の原因は何か？
• RQ2 X線再放射やコンプトン化といった標準的AGNモデルが、観測された光学およびX線変動関係をどの程度説明できるか？
• RQ3 ブラックホール質量および降着率は、光学およびX線変動の振幅および整合性にどのように影響を与えるか？
• RQ4 ブラックホールX線連星で観測された二相降着流モデルを、一部のAGNで相関や逆相関が見られない現象の説明に応用できるか？
• RQ5 光行時遅れ効果および源の幾何学的形状は、光学およびX線変動信号の弱体化や分離にどのように寄与するか？

主な発見

• NGC 4051は強いX線変動を示したが、1%の光度測定精度内では光学変動は検出されず、光学およびX線放射領域が物理的に別個であるか、再放射が非効率的または光行時遅れによって遅延している可能性を示唆した。
• NGC 5548およびNGC 4151は、週単位から月単位の時標高で光学/X線相関が示唆されたが、これは単一の事象に基づくものであり、赤色ノイズ特性の影響を受ける可能性がある。
• NGC 7469は、UV/X線スペクトル傾きと光度相関の欠如の間で相関を示し、X線源の幾何学的形状やカバー因子の変化がその挙動を説明する可能性を示唆した。
• NGC 3516は光学およびX線の光度変動間に相関が認められず、2つの放射成分が分離している可能性を示唆した。これはX線放射の非等方性や、別個の降着流における独立した変動の可能性を示唆している。
• 幅線型セイフェルト1型銀河（低質量、高降着率）は、X線再放射よりも内部加熱が支配的であるか、内側端縁でのディスク不安定性のため、弱い光学変動を示す傾向がある。
• 光学-X線変動関係の多様性は、高温で速い変動を示すコロナ的降着流と低温で遅い変動を示すディスク的降着流という2つの異なる降着流の存在によって説明できる。これはブラックホールX線連星で観測されたものと類似している。