[論文レビュー] The shape of the relativistic iron K-alpha line from MCG6--6-30-15 measured with the Chandra HETGS and RXTE

J. C. Lee, K. Iwasawa+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 29, 2002

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 41

ひとこと要約

本研究では、ChandraのHETGSとRXTEの同時観測を用いて、セイフェルト1型銀河MCG–6-30-15における相対論的鉄K-α線の分解能を高め、広がったディスクラインプロファイルを確認した。狭い成分（FWHM ~11,000 km s⁻¹）は、たるやトーラスのような遠方の物質とは整合せず、内側の降着円盤からの相対論的広がりを示すラインの青ドリフト成分として最も適切に説明され、その本質的になくてもよい狭いコア成分の上限は16 eVである。

ABSTRACT

We confirm the detection of the relativistically broadened iron K-alpha emission at 6.4 keV with simultaneous Chandra HETGS and RXTE PCA observations. Heavily binned HETGS data show a disk line profile with parameters very similar to those previously seen by ASCA. We observe a resolved narrow component with a velocity width ~4700 km/s (FWHM ~ 11,000 km/s), that is most prominent, and narrower (FWHM ~ 3600 km/s) when the continuum flux is high. It plausibly is just the blue wing of the broad line. We obtain a stringent limit on the equivalent width of an intrinsically narrow line in the source of 16 eV, indicating little or no contribution due to fluoresence from distant material such as the molecular torus. Variability studies of the narrow component show a constant iron line flux and variable width indicating the line may be originating from different kinematic regions of the disk.

研究の動機と目的

• MCG–6-30-15における相対論的広がりを示す鉄K-α線の起源を、内側の降着円盤からの発光と、分子トーラスのような遠方の反射体とで区別すること。
• 鉄線の狭い成分の運動幅と輝度を測定し、それが遠方でゆっくり動く物質由来であるかどうかを検証すること。
• 遠方の物質由来の本質的に狭い鉄線成分の等価幅に厳しい上限を設定すること。
• 連続スペクトルの輝度変動と関連したラインプロファイルの変動を調査し、発光領域の物理的位置と運動を解明すること。

提案手法

• Chandraの高エネルギー透過グレーティングスペロメータ（HETGS）とRXTEの比例計数器アレイ（PCA）による同時観測により、高分解能X線スペクトルと光度曲線が得られた。
• スペクトル解析にはISISソフトウェアパッケージを用い、HEGおよびMEGグレーティングの各オーダーからの鉄K-αラインプロファイルを抽出・モデル化した。
• データは0.005Å（HEG）および0.01Å（MEG）にビニングされ、検出器のゲイン変動に起因するエネルギーエネルギーキャリブレーション補正が施された。
• ラインパラメータは、ケラーブラックホール周囲の薄い降着円盤からの発光を仮定し、ドップラーおよび重力的広がりを含む相対論的ディスクラインモデルを用いてフィッティングされた。
• 解像度に相当するライン幅（HETGS解像度〜1800 km s⁻¹ FWHM）に固定し、6.4 keVにラインエネルギーを固定することで、解像度に達しない狭いコア成分の90%信頼区間上限を導出した。
• 変動解析では、連続スペクトルの高輝度状態と低輝度状態におけるライン幅と輝度を比較し、ラインの起源を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MCG–6-30-15における鉄K-α線の狭い成分は、分子トーラスのような遠方の反射体からの発光と整合するか？
• RQ2 本質的に狭い鉄線成分の固有幅は何か？ また、HETGSの解像度限界を上回るか？
• RQ3 狭いライン成分の幅は連続スペクトルの輝度に応じてどのように変化するか？ これによりその起源に何が示唆されるか？
• RQ4 観測されたラインプロファイルは相対論的ディスクラインモデルで説明可能か？ それとも、遠方反射の寄与が必要か？
• RQ5 全鉄ライン輝度の何パーセントが、遠方物質からの解像度に達しない狭い成分に起因するか？

主な発見

• 鉄K-α線の狭い成分の速度幅は約4700 km s⁻¹（FWHM ~11,000 km s⁻¹）であり、遠方物質からの発光が想定されるよりも顕著に広がっている。
• 狭い成分は連続スペクトルの高輝度状態で最も顕著で、幅が狭くなる（FWHM ~3600 km s⁻¹）ため、運動的変動を示している。
• 本質的に狭い鉄線成分の等価幅に90%信頼区間で16 eVの上限が設定され、遠方の反射体からの支配的寄与は排除された。
• 狭い成分の輝度は変動中に一定であるが、その幅は変化するため、発光領域がディスク内の運動的に変動する領域由来であると示唆される。
• 分解された狭い成分は、遠方のトーラスからの発光とは整合せず、相対論的広がりを示すディスクラインの青ドリフト成分として最も適切に解釈される。
• 観測されたラインプロファイルは相対論的ディスクラインモデルと整合し、遠方反射体からの寄与は顕著でないことが、狭いコア成分の厳しい上限によって裏付けられた。