[論文レビュー] The Variable X-ray Spectrum of Markarian 766 - II. Time-Resolved Spectroscopy

T. J. Turner, L. Miller+2 more|ArXiv.org|Aug 9, 2007

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 27被引用数 48

ひとこと要約

本研究では、XMM-NewtonおよびSuzakuを用いたMrk 766の時間分解能をもったX線分光測定により、スペクトルの変動が主に複雑で多層構造を持つ吸収体（おそらくディスク風）の急激な変化に起因することを示している。これは散乱または反射成分によるものではなく、6.97 keVのFe XXVI Kα吸収線は主連続スペクトルと強く相関しており、log ξ ≳ 4の高イオン化ガスにおけるイオン化度およびカバー率の変化を示している。相対論的にぼやけた反射モデルは、観測された吸収線がぼやけていないことから除外される。

ABSTRACT

CONTEXT: The variable X-ray spectra of AGN systematically show steep power-law high states and hard-spectrum low states. The hard low state has previously been found to be a component with only weak variability. The origin of this component and the relative importance of effects such as absorption and relativistic blurring are currently not clear. AIMS: In a follow-up of previous principal components analysis, we aim to determine the relative importance of scattering and absorption effects on the time-varying X-ray spectrum of the narrow-line Seyfert 1 galaxy Mrk~766. METHODS: Time-resolved spectroscopy, slicing XMM and Suzaku data down to 25 ks elements, is used to investigate whether absorption or scattering components dominate the spectral variations in Mrk 766.Time-resolved spectroscopy confirms that spectral variability in Mrk 766 can be explained by either of two interpretations of principal components analysis. Detailed investigation confirm rapid changes in the relative strengths of scattered and direct emission or rapid changes in absorber covering fraction provide good explanations of most of the spectral variability. However, a strong correlation between the 6.97 keV absorption line and the primary continuum together with rapid opacity changes show that variations in a complex and multi-layered absorber, most likely a disk wind, are the dominant source of spectral variability in Mrk 766

研究の動機と目的

• 狭線セイフェルト1型銀河Mrk 766におけるX線スペクトル変動が、散乱か吸収プロセスのどちらによって支配されているかを特定すること。
• 時間依存的なスペクトル変動を分析することで、ぼやけた反射モデルと複雑な吸収モデルの曖昧さを解消すること。
• 急速に変動する6.97 keVのFe XXVI Kα吸収線の物理的起源を調査し、主連続スペクトルとの相関関係を明らかにすること。
• 観測された変動が、源の明るさの変化による吸収体のイオン化度の変化か、可変なカバー率によるものかを検証すること。
• 高時間分解能データを用いて、ディスク風がセイフェルト銀河におけるX線スペクトル変動をどのように形作っているかを評価すること。

提案手法

• XMM-NewtonおよびSuzakuの観測データを25 ksのセグメントに分割し、短時間スケールでのスペクトル変動を分析する時間分解スペクトル測定を実施した。
• 主成分分析（PCA）を用いて時間分解スペクトルを加法的成分に分解し、支配的な変動モードを同定した。
• XSTAR光イオン化コードを用いたモデル化により、連続スペクトルの変化に対する吸収体応答を模擬し、6.97 keV線におけるイオン化駆動型変動を検証した。
• Fe XXVI Kα線の等価幅を全連続スペクトルの流量に対して測定し、イオン化度の変化だけでは観測された変動を再現できないかを検証した。
• 線強度に及ぼすドップラー幅（σ = 3000 km s⁻¹）および径方向距離の影響をテストし、観測データとの物理的整合性を評価した。
• 吸収体がすべての発光成分の前にある場合と、散乱成分にのみ関与する場合のモデルを比較し、相対論的ぼかしの影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Mrk 766におけるX線スペクトル変動を支配するのは、吸収か散乱のどちらの物理的メカニズムか？
• RQ2 6.97 keVのFe XXVI Kα吸収線の急速な変動は、連続スペクトルの流量変化に起因する吸収体のイオン化状態の変化によって説明可能か？
• RQ3 散乱または反射X線成分は顕著に相対論的にぼやけているか？ そして、そのぼかしは吸収線変動の解釈にどのように影響するか？
• RQ4 吸収体のカバー率は数十キロ秒スケールで急速に変化しているか？ これはイオン化駆動型の変化と比べてどう異なるか？
• RQ5 吸収体の物理的構造は何か？ そして、イオン化度が半径方向に減少する層状構造を持つディスク風起源を支持するか？

主な発見

• Mrk 766におけるスペクトル変動は、散乱や反射成分の変化ではなく、複雑で多層構造を持つ吸収体のカバー率およびイオン化状態の急激な変化によって最もよく説明される。
• 6.97 keVの吸収線は、log ξ ≳ 4のガスからのFe XXVI Kαと特定され、高イオン化状態を示しており、その等価幅は主連続スペクトルの流量と強く相関している。
• 6.97 keV線と主連続スペクトルの流量との相関関係は、単純なイオン化駆動型変動モデルでは観測された線強度の変動を再現できないことを示しており、そのモデルは成立しない。
• 相対論的にぼやけた反射モデルは観測データと矛盾する。このようなモデルでは吸収線がぼやけるはずだが、実際にはそのようなぼやけは観測されない。
• 吸収体は相対論的にぼやける領域の外側に位置している可能性が高く、これにより散乱成分は顕著にぼやけていないと解釈され、吸収体はディスク風構造に関連しているとされる。
• 数十キロ秒スケールでの迅速な変動、高いイオン化度、可変なカバー率を併せ持つ吸収体は、イオン化度が半径方向に減少する層状構造を持つディスク風起源を支持する。