[論文レビュー] The XMM deep survey in the CDF-S. X. X-ray variability of bright sources

S. Falocco, M. Paolillo+7 more|arXiv (Cornell University)|Sep 29, 2017

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 53被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、XMM-CDFS調査の10個の明るく吸収のないAGNについて、XMM-Newton観測による3 Msのデータを用いてX線変動性を分析した。全源でフラックス変動が顕著に認められたが、特に光子指数および吸収光学密度におけるスペクトル変動は稀であり、唯一の源（337）でのみ、99%信頼水準で明るいときに傾きが急になる傾向が有意に検出された。これはコンプトン散乱モデルと整合的である。結果から、フラックス変動は主に一次連続スペクトルの正規化の変化に起因しており、スペクトル的または吸収的変化によるものではないと示唆される。

ABSTRACT

We aim to study the variability properties of bright hard X-ray selected Active Galactic Nuclei (AGN) with redshift between 0.3 and 1.6 detected in the Chandra Deep Field South (XMM-CDFS) by a long XMM observation. Taking advantage of the good count statistics in the XMM CDFS we search for flux and spectral variability using the hardness ratio techniques. We also investigated spectral variability of different spectral components. The spectra were merged in six epochs (defined as adjacent observations) and in high and low flux states to understand whether the flux transitions are accompanied by spectral changes. The flux variability is significant in all the sources investigated. The hardness ratios in general are not as variable as the fluxes. Only one source displays a variable HR, anti-correlated with the flux (source 337). The spectral analysis in the available epochs confirms the steeper when brighter trend consistent with Comptonisation models only in this source. Finding this trend in one out of seven unabsorbed sources is consistent, within the statistical limits, with the 15 % of unabsorbed AGN in previous deep surveys. No significant variability in the column densities, nor in the Compton reflection component, has been detected across the epochs considered. The high and low states display in general different normalisations but consistent spectral properties. X-ray flux fluctuations are ubiquitous in AGN. In general, the significant flux variations are not associated with a spectral variability: photon index and column densities are not significantly variable in nine out of the ten AGN over long timescales (from 3 to 6.5 years). The photon index variability is found only in one source (which is steeper when brighter) out of seven unabsorbed AGN. These results are consistent with previous deep samples.

研究の動機と目的

• Chandra Deep Field Southにおける明るくハードX線で選別されたAGNについて、深さのあるXMM-Newton観測を用いてX線フラックスおよびスペクトル的変動性を調査すること。
• フラックス変動が、特に光子指数、吸収光学密度、およびリフレクション成分においてスペクトル形状の変化を伴うかどうかを特定すること。
• 変動が、吸収状態の変化（例：コンプトン散乱）または線路上の可変吸収に起因するのかを評価すること。
• 過去の深さのある調査と比較し、吸収されていないAGNにおけるスペクトル的変動の割合の整合性を検証すること。
• 高フラックス状態および低フラックス状態における狭い鉄Kαラインおよびコンプトンリフレクション成分の安定性を検討すること。

提案手法

• MOS1およびMOS2のデータを統合し、光度測定品質のチェックを施した上で、0.5–8 keVバンドにおける光度曲線作成のため、合計約3 Msの33回のXMM-Newton観測を用いた。
• スペクトル的変動を調査するために硬さ比（HR）手法を適用し、エポックごとのHRとフラックス変動の関係を比較した。
• 時間順に6つのエポックおよび高/低フラックス状態でスペクトルフィッティングを実施し、XSPECを用いてパワー・レイト、吸収、リフレクション、および発光ライン成分をモデル化した。
• フラックスとHR、およびフラックスと光子指数の間の相関を検証するため、線形回帰を用いた。
• Fテストおよび信頼区間を用いて、スペクトルパラメータ（光子指数、N_H、リフレクション正規化、鉄Kαラインの等価幅）の変動を評価した。
• フラックス状態に応じた軟性過剰成分および狭い鉄ラインの安定性を評価し、連続スペクトルの希釈効果を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 明るいAGNにおけるX線フラックス変動は、光子指数や吸収光学密度における顕著なスペクトル的変動を伴うか？
• RQ2 「明るいときにやわらかくなる」傾向—これはコンプトン散乱または降着状態の変化を示唆する—は、高赤方偏移の吸収されていないAGNに見られるか？
• RQ3 観測フラックスの変動は、一次連続スペクトル正規化の変化に起因するのか、それとも可変吸収またはリフレクションに起因するのか？
• RQ4 狭い鉄ラインおよびコンプトンリフレクション成分は、高フラックス状態および低フラックス状態で安定しているか？
• RQ5 本サンプルにおけるスペクトル的に変動するAGNの割合は、過去の深さのある調査と比較してどうなるか？

主な発見

• 10個のAGNすべてでフラックス変動が有意に認められ、3～6.5年間にわたり検出可能なフラックス変動がない源は一切なかった。
• 唯一の源（337）でのみ、硬さ比とフラックスの間で有意な逆相関が認められ、スペクトル的変動を示唆するが、これは99%信頼水準で明るいときに傾きが急になる傾向と整合的である。
• スペクトル的に変動するAGNの割合（吸収されていない源7個中1個）は、過去の深さのある調査で観測された15%と統計的誤差の範囲で一致している。
• 6つのエポックおよび高/低フラックス状態において、局所的吸収体の吸収光学密度やコンプトンリフレクション成分に有意な変動は検出されなかった。
• 2つの源（319, 337）では、高状態および低状態の両方で鉄Kαラインが検出され、等価幅が互いに一致した。3つの他の源（203, 33, 352）では、低状態でのみラインが検出され、これは高フラックス状態における連続スペクトルの希釈効果によるものと考えられる。
• 2つの源（352, 48）では、硬さ比が高いためコンプトンリフレクション成分が必須であるが、その成分に変動は認められず、これは遠方のリフレクション起源を支持する。