[論文レビュー] XMM Observations of an IXO in NGC 2276

David Davis, R. F. Mushotzky|Dec 8, 2003

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 23

ひとこと要約

本研究では、星形成活発なスパイラル銀河NGC 2276における明るい中間X線対象（IXO）のXMM-Newton観測を報告し、0.5–10 keVの全波長で1.1 × 10⁴¹ erg s⁻¹の明るさを示す、これまでに知られている中で最も明るいIXOであることを明らかにした。源のスペクトルは、多重色ディスクブラックホールモデルに最もよく合致しており、質量の大きなブラックホールを示唆するが、その高い内側ディスク温度は標準的な降着モデルと矛盾し、現在のIXO形成理論に挑戦するとともに、ビーミングや非標準的ディスク物理学の可能性を提起する。

ABSTRACT

We present the results from a ~53 ksec XMM observation of NGC 2276. This galaxy has an unusual optical morphology with the disk of this spiral appearing to be truncated along the western edge. This XMM observation shows that the X-ray source at the western edge is a bright Intermediate X-ray Object (IXO). Its spectrum is well fit by a multi-color disk blackbody model used to fit optically thick standard accretion disks around black holes. The luminosity derived for this IXO is 1.1x10^41 erg/s in the 0.5 - 10 keV band making it one of the most luminous discovered to date. The large source luminosity implies a large mass black hole if the source is radiating at the Eddington rate. On the other hand, the inner disk temperature determined here is too high for such a massive object given the standard accretion disk model. In addition to the IXO we find that the nuclear source in this galaxy has dimmed by at least a factor of several thousand in the eight years since the ROSAT HRI observations.

研究の動機と目的

• NGC 2276に存在する高輝度X線源、特に中間X線対象（IXO）の性質を調査すること。
• IXOの輝度とスペクトル的性質が、標準的な降着ディスクモデルで説明可能かどうかを検討し、ビーミングや中間質量ブラックホールといった代替説明が要るかどうかを特定すること。
• Einstein、ROSAT、ASCA、XMM-Newtonの複数エポックのX線データを用いて、IXOおよび静止状態の核的X線源の長期的変動を分析すること。
• 中心のコンact対象の質量を制限し、幾何的ビーミングが超Eddington輝度を生じるメカニズムとして成立するかを評価すること。

提案手法

• PNカメラのCCDギャップの影響を避けるために、主にMOS1およびMOS2データに注目した53 ksecのXMM-Newton観測を実施した。
• データ還元にはSAS 5.2、スペクトルフィッティングにはXspec 11.0.1を用い、最新のキャリブレーションファイルを適用し、エネルギー範囲を0.5–6.0 keVに制限した。
• IXOスペクトルに複数のモデル（パワー則、Mekalプラズマ、多重色ディスクブラックホール：diskbb）をフィットさせ、赤色カイ二乗/自由度（χ²/dof）を用いてフィットの良さを評価した。
• Einstein、ROSAT、ASCA、XMM-Newtonの複数ミッションのデータを比較し、長期的な変動を評価した。
• diskbbモデルを用いて内側ディスク温度（T_in = 2.05 keV）と正規化（K_MCD = 1.26 × 10⁻³）を導出し、Eddingtonスケーリングを用いてブラックホール質量を推定した。
• パワー密度スペクトルを用いた短期変動評価と、20年以上にわたる光度曲線を用いた長期変動評価を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 2276のIXOの固有スペクトルエネルギー分布は何か？ どの物理的モデルがその放射を最もよく説明するか？
• RQ2 IXOの高い輝度（1.1 × 10⁴¹ erg s⁻¹）と高い内側ディスク温度（2.05 keV）は、100 M☉を超えるブラックホール質量を示唆するのか、それとも非標準的モデルの必要があるのか？
• RQ3 観測された超Eddington輝度は、質量の大きなブラックホールからの等方的放射によるものか、それとも低質量源からのビーム化放射によるものか？
• RQ4 IXOの長期的変動行動は、相対論的ビーミングモデルや標準的なX線連星行動モデルを支持するか？
• RQ5 NGC 2276の核X線源は、ROSATで観測可能であったがXMM-Newtonでは検出されなかったが、これはその状態に何を示唆するか？

主な発見

• NGC 2276のIXOは、0.5–10 keVの波長域で1.1 × 10⁴¹ erg s⁻¹の輝度を示し、これまでに知られている中で最も明るいIXOの一つである。
• 源のスペクトルは、内側ディスク温度2.05 keV、正規化K_MCD = 1.26 × 10⁻³を有する多重色ディスクブラックホールモデルに最もよく合致する。
• 高い輝度と温度は、Eddington限界で放射していると仮定した場合、100 M☉を超えるブラックホール質量を示唆するが、これは標準的な薄いディスク理論の予測と矛盾する。
• 源は顕著な長期的変動を示しており、数年間で輝度が2〜3倍変化し、数時間のスケールで20％程度の変化を示しており、ビーム化X線連星モデルとは整合しない。
• NGC 2276の核X線源は、ROSAT HRI観測時と比較して、少なくとも3,000倍の減光が見られ、現在の上限は2.4 × 10³⁹ erg s⁻¹である。
• パワー密度スペクトルでは短期変動は検出されず、相対論的X線連星からのビーム化放射の可能性をさらに弱める要因となった。