[論文レビュー] The variable X-ray spectrum of Markarian 766 - I. Principal components analysis

L. Miller, T. J. Turner+4 more|ArXiv.org|Nov 21, 2006

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 52被引用数 71

ひとこと要約

本研究では、狭線セイフェルト1型銀河Mrk 766の長時間XMM-Newton観測に対して主成分分析（PCA）を適用し、その複雑なX線スペクトル変動を分解した。主に変動が著しい成分として、急勾配のパワーラウのスペクトルと~100重力半径付近のイオン化Fe Kα線発光が特定された。一方、硬めでほぼ一定の成分として、強力なFe Kエッジと弱いFe Kα線発光を示すものが観測され、これは内側のディスクからの反射または風や拡張領域からの吸収を示唆している。

ABSTRACT

Aims: We analyse a long XMM-Newton spectrum of the narrow-line Seyfert 1 galaxy Mrk 766, using the marked spectral variability on timescales >20ks to separate components in the X-ray spectrum. Methods: Principal components analysis is used to identify distinct emission components in the X-ray spectrum, possible alternative physical models for those components are then compared statistically. Results: The source spectral variability is well-explained by additive variations, with smaller extra contributions most likely arising from variable absorption. The principal varying component, eigenvector one, is found to have a steep (photon index 2.4) power-law shape, affected by a low column of ionised absorption that leads to the appearance of a soft excess. Eigenvector one varies by a factor 10 in amplitude on time-scales of days and appears to have broad ionised Fe K-alpha emission associated with it: the width of the ionised line is consistent with an origin at about 100 gravitational radii. There is also a strong component of near-constant emission that dominates in the low state, whose spectrum is extremely hard above 1 keV, with a soft excess at lower energies, and with a strong edge at Fe K but remarkably little Fe K-alpha emission. Although this component may be explained as relativistically-blurred reflection from the inner accretion disc, we suggest that its spectrum and lack of variability may alternatively be explained as either (i) ionised reflection from an extended region, possibly a disc wind, or (ii) a signature of absorption by a disc wind with a variable covering fraction. Absorption features in the low state may indicate the presence of an outflow.

研究の動機と目的

• 時間分解されたX線スペクトルを用いて、Mrk 766の変動するX線スペクトルに内在する物理的に異なる発光および吸収成分を解明すること。
• 20 ks以上の時標高でのスペクトル変動が、独立したスペクトル成分における加法的変動によって説明可能かどうかを検証すること。
• 強力なFe Kエッジと弱いFe Kα線発光を示す硬く非変動的な成分の物理的起源を特定すること。
• 観測されたスペクトル特徴、特に6.9 keVおよび7.2 keVでの吸収ラインが、吹き出しまたは変動する吸収を示唆するかどうかを評価すること。
• 相対論的反射とイオン化吸収／風の2つの競合する物理的モデルが、主なスペクトル成分をどのように説明できるかを評価すること。

提案手法

• 長時間のXMM-Newton観測から得られた時間分解スペクトルに主成分分析（PCA）を適用した。
• PCAはスペクトル変動を直交する成分に分解し、第1固有ベクトルが支配的で時間的に変動する成分を表す。
• この手法は加法的変動を仮定しており、変動成分とほぼ一定のゼロ点成分に分離する。
• 統計的比較を用いて、PCAモデルが観測されたスペクトル変動を良好に適合するかどうかを評価した。
• 導出された成分スペクトルに、相対論的にぼやける反射、拡張領域からのイオン化反射、変動する覆い率吸収といった代替物理モデルをフィットさせた。
• 観測されたFe Kエッジ構造および6.9 keVおよび7.2 keVでの離散的吸収ラインを制約として組み込んだ。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 20 ks以上の時標高でのMrk 766のスペクトル変動は、独立したスペクトル成分における加法的変動によって説明可能か？
• RQ2 強力なFe Kエッジと弱いFe Kα線発光を示す硬く非変動的な成分の物理的起源は何か？
• RQ3 イオン化Fe Kα線発光はどこで生成され、その変動は発光領域の幾何学的配置や位置にどのような含意を持つのか？
• RQ4 6.9 keVおよび7.2 keVでの観測された吸収ラインは、高速な吹き出しを示唆するものか？ もしそうならば、そのイオン化度と速度は何か？
• RQ5 スペクトル変動は、イオン化吸収体の覆い率の変動によって説明可能か？ そして、これは~100重力半径付近での風の起源を示唆するか？

主な発見

• Mrk 766のスペクトル変動は、加法的変動によって良好に説明され、主成分としての変動成分（第1固有ベクトル）は、光量子指数2.4および低密度でイオン化された吸収による軟い過剰成分を示している。
• 第1固有ベクトル上に変動するイオン化Fe Kα線発光が検出され、ディスクの傾きが約30°と仮定した場合、およそ100重力半径付近からの起源と整合的である。
• ほぼ一定のゼロ点成分は1 keVより高いエネルギー領域で硬いスペクトルを示し、顕著なFe Kエッジと弱いFe Kα線発光を示しており、これはイオン化された反射または吸収を示唆している。
• ゼロ点成分に強いFe Kα線発光がないのは、広がった高イオン化領域（log ξ ~ 2–3 または >4）での散乱および吸収、または変動する覆い率を示す高温で高密度の風によるものである可能性がある。
• 6.9 keVおよび7.2 keVでの離散的吸収ラインが検出され、これは低状態で観測された可能性が高く、log ξ ~ 4の高速吹き出し（約13,000 km s⁻¹）に起因する可能性がある。これはディスク風モデルと整合的である。
• 変動時標高から、吸収または反射する物質が約100重力半径付近に位置していると推定され、ディスク風または変動する覆い率モデルが支持される。これはおそらく塊状の構造である。