[論文レビュー] Two Compton-Thick Active Nuclei in Arp 220?

A. Paggi, G. Fabbiano+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 11, 2013

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、チャンドラACISデータのサブピクセルスペクトル画像を用いて、超光度赤外銀河であるアープ220に、約365 pc離れた2つのコンプトン厚い活動銀河核（AGN）を同定した。6–7 keVにおける強いFe-K発光線の検出（等価幅 >1 keV）と、高い固有X線輝度（約10⁴² erg s⁻¹）は、2つの深く遮蔽されたAGNが存在することを強く示唆しており、アープ220はNGC 6240とNGC 3393に次いで、コンプトン厚い核が近接するペアを有する第3の既知の系である。

ABSTRACT

Narrow-band spectral imaging with sub-pixel resolution of the Chandra-ACIS archival observation of the ULIRG merger Arp 220 strongly suggests two Compton thick nuclei, spatially coincident with the infrared and radio emitting nuclear clusters, and separated by 1" (~ 365 pc at a distance of 76 Mpc). These previously undetected highly obscured AGNs - West (W) and East (E) - are imaged, and separated from neighboring sources, in the 6-7 keV band, where the Fe-K lines dominate the emission. The western nucleus is also detected at energies above 7 keV. We estimate Fe-K equivalent width ~ 1 keV or possibly greater for both sources, and observed 2-10 keV luminosities L_X < 3.2 x 10^40 erg/s (W) and <1.3 x 10^40 erg/s (E). From the observed Fe-K lines luminosities{, and assuming on the basis of the XMM-Newton spectrum that 40% of this may be from the 6.4 keV component, we evaluate 2-10 keV intrinsic luminosities L_X ~ 1 x 10^42 erg/s (W) and L_X ~ 0.4 x 10^42 erg/s (E). The inferred X-ray luminosity is at least a factor of 3 higher than that expected from a pure starburst with the bolometric luminosity of Arp 220. For a typical AGN SED the bolometric luminosities are 5.2 x 10^43 erg/s (W) and 2 x 10^42 erg/s (E).

研究の動機と目的

• 強い星形成活動と核活動の兆候を示す近距離のULIRGアープ220に、遮蔽されたAGNが存在するかどうかという長年の曖昧さを解消すること。
• アープ220の核における複雑なX線放射が、単一の遮蔽された源や星形成主導の放射ではなく、2つのコンプトン厚いAGNによって説明可能かどうかを検証すること。
• チャンドラのサブピクセル空間分解能と狭帯域スペクトル画像を活用して、弱く強く吸収された核X線源を分離・特徴づけること。
• Fe-K線診断法とスペクトルモデリングを用いて、2つの核の固有X線輝度とブラックホール質量を推定すること。
• 銀河合体とコンプトン厚いAGN形成、ULIRG活動との進化的関係を強化すること。

提案手法

• 空間分解能を0.492''ピクセルスケールを超えて向上させるために、チャンドラACISデータにサブピクセルイベント再配置（SER）を適用した。
• 6–7 keVエネルギー範囲の狭帯域画像を用いて、コンプトン厚いAGNを示す診断的であるFe-Kα線を分離した。
• 初期の輝度推定には6.4 keVの線エネルギーを仮定したが、スペクトルモデリングにより6.7 keVのFe XXV線が最大40%寄与している可能性を考慮した。
• 観測された2–10 keV輝度は、西部核の7 keV以上での硬X線検出を用いて吸収補正を行い、N_H ~ 10²⁴.⁵ cm⁻²を推定した。
• 固有の2–10 keV輝度は、典型的なAGN SEDとボロメトリック補正を仮定してFe-K線輝度から導出した。
• 10%放射効率のEddington限界吸収を仮定して、ブラックホール質量の下限を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アープ220の2つの空間的に分離した核領域が、Fe-K線発光によって示唆されるように、2つのコンプトン厚いAGNの場所であると特定できるか？
• RQ2 サブピクセルスペクトル画像は、アープ220の混雑した中心領域における2つの明確に分離された、強く遮蔽された核からのX線放射を解像可能か？
• RQ3 観測されたFe-K線等価幅と吸収を考慮した場合、2つの核の固有X線輝度とブラックホール質量はそれぞれどの程度か？
• RQ4 推定されたAGN輝度は、アープ220の全ボロメトリック輝度と比較してどの程度で、AGN活動が占める割合はどの程度か？
• RQ5 2つのCT AGNの存在は、ULIRGにおけるAGN形成の合体駆動進化モデルを支持するか？

主な発見

• 2つのコンプトン厚いAGNがアープ220に同定され、近赤外および電波核と空間的に一致しており、分離距離は1”（約365 pc）である。
• 西部核は7 keVを超える発光を示しており、N_H ~ 10²⁴.⁵ cm⁻²の高い吸収係数を示しており、コンプトン厚い吸収と整合的である。
• 両核のFe-K線等価幅はそれぞれ約1 keV以上と推定され、コンプトン厚いAGNの特徴的兆候である。
• 固有の2–10 keV輝度は、西部核で約1 × 10⁴² erg s⁻¹、東部核で約0.4 × 10⁴² erg s⁻¹と推定され、吸収のため観測輝度より著しく高い。
• AGNのボロメトリック輝度は、西部核で約5.2 × 10⁴³ erg s⁻¹、東部核で約2 × 10⁴² erg s⁻¹であり、アープ220全体の輝度の数パーセントにとどまり、星形成活動の支配的であることを確認した。
• Eddington限界吸収と10%放射効率を仮定した場合、ブラックホール質量の下限は西部核で約3 × 10⁵ M☉、東部核で約1 × 10⁵ M☉と推定された。