[論文レビュー] Tracing the AGN/X-ray Binary Analogy with Light Curves of Individual Changing-Look AGN

John J. Ruan, Scott F. Anderson+6 more|arXiv (Cornell University)|Sep 10, 2019

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 9被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、2つの個別の変化する外観のAGN（NGC 2617およびZTF18aajupnt）について、複数エポックにわたるSwift光曲線を用いてUVからX線にかけてのスペクトル指数（α_OX）の進化を追跡し、そのスペクトル的進化がX線連星の活動期におけるV字型のα_OX対Eddington比の傾向と一致することを示した。結果は、AGNとX線連星の間の類似性を支持しており、低Eddington比におけるスペクトルの軟化は、降着円盤によるコンプトン化X線の再放射に起因する。

ABSTRACT

Physical models of X-ray binary outbursts can aid in understanding the origin of 'changing-look' active galactic nuclei (AGN), if we can establish that these two black hole accretion phenomena are analogous. Previously, studies of the correlation between the UV-to-X-ray spectral index alpha_OX and Eddington ratio using single-epoch observations of changing-look AGN samples have revealed possible similarities to the spectral evolution of outbursting X-ray binaries. However, direct comparisons using multi-epoch UV/X-ray light curves of individual changing-look AGN undergoing dramatic changes in Eddington ratio have been scarce. Here, we use published Swift UV/X-ray light curves of two changing-look AGN (NGC 2617 and ZTF18aajupnt) to examine the evolution of their alpha_OX values during outburst. We show that the combination of these two changing-look AGN can trace out the predicted spectral evolution from X-ray binary outbursts, including the inversion in the evolution of alpha_OX as a function of Eddington ratio. We suggest that the spectral softening that is observed to occur below a critical Eddington ratio in both AGN and X-ray binaries is due to reprocessing of Comptonized X-ray emission by the accretion disk, based on the X-ray to UV reverberation lags previously observed in NGC 2617. Our results suggest that the physical processes causing the changing-look AGN phenomenon are similar to those in X-ray binary outbursts.

研究の動機と目的

• 個別のAGNの複数エポックにわたるUV/X線光曲線の分析を通じて、変化する外観のAGNとX線連星の活動期との類似性を検証すること。
• 変化する外観のAGNにおけるUVからX線へのスペクトル指数α_OXの進化が、X線連星の活動期で観測されたV字型の傾向と一致するかどうかを特定すること。
• AGNおよびX線連星の両方において、低Eddington比におけるスペクトルの軟化の物理的起源を調査すること。
• 低光度における観測されたα_OXの逆転が、降着円盤によるコンプトン化X線の再放射によって説明可能かどうかを評価すること。
• 変化する外観のAGNにおける短い変動時間スケール（約数年）の意味を、降着状態遷移モデルに与える影響を評価すること。

提案手法

• NGC 2617およびZTF18aajupntの2つの変化する外観のAGNについて、公表済みのSwift UVおよびX線光曲線の分析。
• 同時UVおよびX線の放射度測定値を用いて、複数エポックにおけるUVからX線へのスペクトル指数α_OXの計算。
• Eddington比（L_bol/L_Edd）をパラメータとして、α_OXの進化を約10^-3から約10^-1の動的範囲で追跡。
• 観測されたα_OX対L_bol/L_Eddの傾向を、X線連星活動期モデルからの理論的予測と比較。
• NGC 2617のX線からUVへのリバーブレーション遅れを用いて、スペクトルの軟化を説明する再放射モデルを支持。
• 降着円盤の幾何学的構造とコロナの進化のモデル化を含み、低Eddington比における薄い円盤から放射的に非効率なADAFへの遷移を考慮。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 個別の変化する外観のAGNは、X線連星の活動期で観測されたV字型の傾向と一致するα_OXの進化を示すか？
• RQ2 低Eddington比におけるAGNで観測されたα_OXの逆転は、降着円盤によるコンプトン化X線の再放射に起因するか？
• RQ3 変化する外観のAGNの短い時間スケール（数年程度）の変動は、星質量ブラックホールからスケーリングした標準的な状態遷移モデルで説明可能か？
• RQ4 AGNおよびX線連星の両方で観測された低L_bol/L_Eddにおけるスペクトルの軟化を引き起こす物理的メカニズムは何か？
• RQ5 X線の円盤による再放射が、低光度AGNにおける観測されたSED進化にどのように影響するか？

主な発見

• NGC 2617およびZTF18aajupntの合成光曲線は、X線連星活動期モデルの予測と一致する、Eddington比関数としてのα_OXの完全なV字型進化を追跡している。
• 低Eddington比（L_bol/L_Edd ≲ 10^-2）においてα_OX指数が増加し、スペクトルの軟化を示しており、これは降着円盤によるコンプトン化X線の再放射と整合的である。
• 低光度における軟化は再放射に起因するとされ、NGC 2617で測定されたX線からUVへのリバーブレーション遅れが、円盤再放射と一致する時間遅れを示しており、これを裏付けている。
• 変化する外観のAGNにおける顕著な変動時間スケール（数年）は、星質量ブラックホールからスケーリングした標準的な状態遷移モデルとは整合せず、代替的な物理的メカニズムまたはより速い降着フローのダイナミクスを示唆している。
• 結果は、特に状態遷移中の降着フローの幾何学的構造とスペクトル的進化において、変化する外観のAGNとX線連星の間の物理的類似性を支持している。
• 本研究は、再放射がAGNおよびX線連星の両方で重要なメカニズムであると示唆しており、低Eddington比における「暗くなるとより軟らかくなる」傾向を説明している。