[論文レビュー] XMM-Newton observation of the ULIRG NGC 6240: The physical nature of the complex Fe K line emission

Thomas Böller, R. Keil+6 more|ArXiv.org|Jul 17, 2003

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 26被引用数 24

ひとこと要約

XMM-NewtonによるULIRG NGC 6240の研究では、複雑なFe K発光線が6.41 keV（中性Fe Kα）、6.68 keV（イオン化Fe XXV）、7.01 keV（Fe XXVI/Kβ）の三つの明確な幅の狭い線に分解され、中心部に高吸収を持つAGNが存在することを明らかにした。このAGNは三つの異なるプラズマ成分（0.66、1.4、5.5 keV）を示し、中心に向かって増加する強い吸収率勾配を示しており、コンプトン厚いAGNが密度の高い高温プラズマに覆われていることを示唆している。この構造は、星形成銀河NGC 253と顕著な類似性を示している。

ABSTRACT

We report on an XMM-Newton observation of the ultraluminous infrared galaxy NGC 6240. The 0.3-10 keV spectrum can be successfully modelled with: (i) three collisionally ionized plasma components with temperatures of about 0.7, 1.4, and 5.5 keV; (ii) a highly absorbed direct power-law component; and (iii) a neutral Fe K_alpha and K_beta line. We detect a significant neutral column density gradient which is correlated with the temperature of the three plasma components. Combining the XMM-Newton spectral model with the high spatial resolution Chandra image we find that the temperatures and the column densities increase towards the center. With high significance, the Fe K line complex is resolved into three distinct narrow lines: (i) the neutral Fe K_alpha line at 6.4 keV; (ii) an ionized line at about 6.7 keV; and (iii) a higher ionized line at 7.0 keV (a blend of the Fe XXVI and the Fe K_beta line). While the neutral Fe K line is most probably due to reflection from optically thick material, the Fe XXV and Fe XXVI emission arises from the highest temperature ionized plasma component. We have compared the plasma parameters of the ultraluminous infrared galaxy NGC 6240 with those found in the local starburst galaxy NGC 253. We find a striking similarity in the plasma temperatures and column density gradients, suggesting a similar underlying physical process at work in both galaxies.

研究の動機と目的

• ULIRG NGC 6240における複雑なFe K線発光の物理的起源を特定すること。
• X線スペクトルにおける複数のプラズマ成分と吸収特徴の寄与を解明すること。
• 高分解能X線データを用いて、中心X線放射の空間的・スペクトル的構造を調査すること。
• NGC 6240のX線プラズマ特性を、局所の星形成銀河NGC 253と比較すること。
• スペクトルモデリングと空間解析を通じて、NGC 6240に隠れたAGNの存在と性質を評価すること。

提案手法

• 0.3–10 keVバンドのXMM-Newton X線スペクトル解析において、三つの衝突電離プラズマ成分を含む多成分モデルを用いる。
• 硬X線連続スペクトルをモデル化するため、極めて吸収されたパワー則成分を組み込む。
• Fe K線複合体を三つの明確な幅の狭い線としてモデル化：中性Fe Kα（6.41 keV）、イオン化Fe XXV（6.68 keV）、Fe XXVI/Kβ（7.01 keV）。
• XMM-Newtonデータを用いた内側30''領域の空間的分解スペクトルフィッティングと、Chandraの高分解能画像を統合する。
• 空間軸に沿ってプラズマ温度と吸収率の相関関係を用いて、径方向の吸収率勾配を導出する。
• NGC 6240とNGC 253の間でプラズマ温度と吸収率勾配を比較し、共通の物理的過程を同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 6240における複雑なFe K線発光の物理的起源は何か？また、それが明確な成分に分解可能か？
• RQ2 三つのプラズマ成分の空間的分布は？中心からの距離に応じて、それらの温度と吸収率はどのように変化するか？
• RQ3 NGC 6240における硬X線放射は、コンプトン厚いAGNと整合的か？吸収物質の性質は何か？
• RQ4 NGC 6240のX線スペクトル的・空間的特性は、星形成銀河NGC 253とどのように比較できるか？
• RQ5 NGC 6240の中心領域で観測された吸収率勾配を引き起こす物理的過程は何か？

主な発見

• Fe K線複合体は、6.41 ± 0.02 keV（中性Fe Kα）、6.68 ± 0.02 keV（イオン化Fe XXV）、7.01 ± 0.04 keV（Fe XXVIおよびKβ）の三つの明確な幅の狭い線に分解され、複数のイオン化状態が確認された。
• 三つの衝突電離プラズマ成分が必要であり、それぞれの温度は0.66 ± 0.03 keV、1.4 ± 0.2 keV、5.5 ± 1.5 keVであった。Chandra画像ではそれぞれ空間的に局在化していた。
• 強い吸収率勾配が観測され、0.66 keVプラズマでは0.20 ± 0.03 × 10²² cm⁻²から、5.5 keVプラズマでは4.1 ± 1.3 × 10²² cm⁻²にまで増加しており、中心に向かって吸収率が高まっていることを示している。
• 中性Fe Kα線は光学的厚い物質への反射に起因するが、イオン化線（Fe XXVおよびFe XXVI）は最も高温のプラズマ成分に由来する。
• 硬X線パワー則成分は極めて吸収されており、コンプトン厚いAGNと整合的であり、以前のBeppoSAXの結果を裏付けた。
• NGC 6240のプラズマ温度と吸収率勾配は、星形成銀河NGC 253と顕著に類似しており、共通の物理的メカニズムが関与している可能性を示唆している。