[論文レビュー] X-ray hiccups from SgrA* observed by XMM-Newton. The second brightest flare and three moderate flares caught in half a day

D. Porquet, N. Grosso+15 more|ArXiv.org|Jun 25, 2008

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 2被引用数 79

ひとこと要約

本研究は2007年4月にXMM-Newtonが観測した、Sgr A*のまれな半日間のX線フレアを分析したもので、記録上2番目に明るいフレアを含む。一貫したスペクトルフィッティングとチリスキャッタリング補正を用いた結果、最も明るいフレアと中程度のフレアの両方とも、光子指数Γ ≈ 2.3および吸収密度NH ≈ 12.3 × 10²² cm⁻²を示す軟らかいX線スペクトルを示しており、明るさの違いにもかかわらず、共通の発生機構を示していることが判明した。

ABSTRACT

[truncated] In Spring 2007, we observed SgrA* with XMM with a total exposure of ~230ks. We have performed timing and spectral analysis of the new X-ray flares detected during this campaign. To study the range of flare spectral properties, in a consistent manner, we have also reprocessed, using the same analysis procedure and the latest calibration, archived XMM data of previously reported rapid flares. The dust scattering was taken into account during the spectral fitting. We also used Chandra archived observations of the quiescent state of SgrA* for comparison. On April 4, 2007, we observed for the first time within a time interval of ~1/2 day, an enhanced incidence rate of X-ray flaring, with a bright flare followed by three flares of more moderate amplitude. The former event represents the second brightest X-ray flare from Sgr A* on record. This new bright flare exhibits similar light-curve shape (nearly symmetrical), duration (~3ks) and spectral characteristics to the very bright flare observed in October 3, 2002. The measured spectral parameters of the new bright flare, assuming an absorbed power law model taken into account dust scattering effect, are N_H=12.3(+2.1,-1.8)e22 cm-2 and Gamma~2.3+/-0.3 calculated at the 90% c.l. The spectral parameter fits of the sum of the three following moderate flares, while lower, are compatible within the error bars with those of the bright flares. The column density found, for a power-law, during the flares is at least two times higher than the value expected from the (dust) visual extinction toward SgrA* (AV~25 mag). However, our fitting of the SgrA* quiescent spectra obtained with Chandra shows that an excess of column density is already present during the non-flaring phase. The two brightest X-ray flares observed so far from SgrA* exhibited similar soft spectra.

研究の動機と目的

• 2007年4月の密集観測キャンペーン中にSgr A*が示したフレア活動を調査すること。
• 複数のフレアにわたる一貫した解析を用いて、X線フレアの物理的性質、特にスペクトルパラメータと吸収密度を制約すること。
• 明るいフレアと中程度のフレアの間で観測されたスペクトル差が本質的かどうか、または統計的誤差によるものかを、同じキャリブレーションと手法を用いて再処理されたアーカイブデータを用いて検証すること。
• フレア中に観測された高い吸収密度が、予想されるチリスキャッタリングによる吸収量を上回っているかどうかを検証し、静穏状態でも過剰な吸収が持続するかを評価すること。
• X線フレアと同時観測された近赤外フレアの関係を、照合することで評価すること。

提案手法

• 2007年4月のSgr A*に対するXMM-Newton観測データ230 ksを用いて、時間的およびスペクトル的解析を実施した。
• すべてのデータリダクションに同一のSASバージョンと最新キャリブレーションを用い、新規データとアーカイブデータの両方で一貫性を確保した。
• 静穏状態のレベルを上回る有意な輝度超過に基づいてフレア期間を定義し、バックグラウンド寄与を除外した。
• 吸収（NH）とチリスキャッタリング効果を考慮したパワーロー法モデルをスペクトルフィッティングに適用し、視線方向の吸収とスキャッタリング遅延を補正した。
• フレア状態と静穏状態の比較を目的に、同一の手順を用いてアーカイブされたXMM-NewtonおよびChandra観測データを再処理した。
• 3つの中程度のフレアのスペクトルを合成し、スペクトルパラメータ推定のための信号対雑音比を向上させた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Sgr A*の2番目に明るいX線フレアのスペクトル的性質は、以前に観測された最も明るいフレアと一致するか？
• RQ2 中程度のフレアのスペクトルパラメータは、明るいフレアと統計的に異なるか、それとも一貫した軟らかいスペクトル挙動を示すか？
• RQ3 フレア中に観測された吸収密度が、チリスキャッタリングによる予想値（AV ≈ 25 mag）を上回っているか。これは追加の吸収物質を示唆するか？
• RQ4 チリスキャッタリングを適切に考慮した場合、Sgr A*の静穏状態に吸収密度の過剰が見られるか？
• RQ5 X線フレアと同時観測された近赤外フレアの関係は何か。X線フレアのすべてにNIR対応が存在するか？

主な発見

• 2番目に明るいX線フレアは2007年4月4日に検出され、ピークの等価放射度は約3.6 × 10³⁵ erg s⁻¹であり、2002年のフレアと同等であった。
• 明るいフレアは、約3 ksの持続時間のほぼ対称的な光度曲線を示し、光子指数Γ = 2.3 ± 0.3およびNH = 12.3⁺².¹₋₁.₈ × 10²² cm⁻²の軟らかいパワーロー法スペクトルを示した。
• その後の3つの中程度のフレアを合成した結果、Γ = 1.7⁺⁰.⁷₋₀.⁶およびNH = 8.8⁺⁴.⁴₋₃.² × 10²² cm⁻²のより軟らかいスペクトルが得られたが、90%信頼区間内で明るいフレアと統計的に一致していた。
• フレア中の吸収密度（NH ≈ 12.3 × 10²² cm⁻²）は、チリスキャッタリングによる予想値（AV ≈ 25 magのため4.5 × 10²² cm⁻²）の少なくとも2倍以上高く、追加の吸収物質が存在することを示唆している。
• チリスキャッタリングを考慮したChandraの静穏状態スペクトルフィッティングでは、約2.9 × 10²² cm⁻²の持続的な吸収密度過剰が確認され、視線方向に温かいイオン化ガスやハローが存在する可能性を示唆した。
• Bélangerら（2005）が提唱したスペクトル指数-輝度相関（高輝度でより硬いスペクトル）の仮説は、本研究では否定された。中程度のフレアと明るいフレアの間に顕著な差は認められなかった。