[논문 리뷰] A Highly Doppler Blueshifted Fe-K Emission Line in the High-Redshift QSO PKS 2149-306

T. Yaqoob, I. M. George외 4명|PubMed|1999. 09. 15.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 15인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 ASCA를 통해 관측한 적색편이 z=2.345인 활성은하핵 PKS 2149-306에서 약 17 keV에서 매우 강한 블루시프트된 Fe-K 발광선을 검출했다. 이 선은 활성은하핵 기준 등가폭이 300±200 eV이며, 이는 대체로 0.75c에 가까운 질량류 속도를 암시하며, 주로 원반에서 발생하는 적층산란을 통한 상대론적 유속에서 기인할 가능성이 높다. 이는 고적색편이 활성은하핵에서 처음으로 관측된 Fe-K 선이며, 다른 활성은하핵인 PKS 0637-752와 유사한 약 2.7의 도플러 인자(~2.7)를 가짐을 시사한다.

ABSTRACT

We report the results from an ASCA observation of the high-luminosity, radio-loud quasar PKS 2149-306 (redshift 2.345), covering the approximately 1.7-30 keV band in the quasar frame. We find the source to have a luminosity approximately 6x1047 ergs s-1 in the 2-10 keV band (quasar frame). We detect an emission line centered at approximately 17 keV in the quasar frame. Line emission at this energy has not been observed in any other active galaxy or quasar to date. We present evidence rejecting the possibility that this line is the result of instrumental artifacts or a serendipitous source. The most likely explanation is blueshifted Fe-K emission (the equivalent width is EW approximately 300+/-200 eV, quasar frame). Bulk velocities of the order of 0.75c are implied by the data. We show that Fe-K line photons originating in an accretion disk and Compton scattering off a leptonic jet aligned along the disk axis can account for the emission line. Curiously, if the emission-line feature recently discovered in another quasar (PKS 0637-752, z=0.654) at 1.6 keV in the quasar frame is due to blueshifted O vii emission, the Doppler blueshifting factor in both quasars is similar ( approximately 2.7-2.8).

연구 동기 및 목표

• PKS 2149-306 (z=2.345)에서 이전에 관측되지 않은 약 17 keV의 선의 기원을 조사하기 위해.
• 관측된 X선 발광선의 기원이 기기 오차나 우연의 배경원인지를 배제하기 위해.
• 선이 원반 또는 유속하는 플라즈마에서 기인하는 상대론적 Fe-K 발광선과 일치하는지 확인하기 위해.
• 선의 도플러 시프트가 활성은하핵 중심부의 운동학적 특성과 물리적 조건에 미치는 영향을 탐색하기 위해.

제안 방법

• PKS 2149-306의 ASCA 위성 관측 데이터를 분석하여 X선 스펙트럼을 확보하기 위해.
• 활성은하핵 기준 약 17 keV에서의 발광선을 식별하고 특성화하기 위해 스펙트럼 피팅을 수행하기 위해.
• 관측된 선 에너지와 너비를 원반 및 콜로모프 산란 영역에서 기인하는 상대론적 Fe-K 발광선 이론 모델과 비교하기 위해.
• 등가폭(300±200 eV)과 도플러 시프트를 분석하여 질량류 속도를 추정하기 위해.
• 원반에서 기인하는 상대론적으로 넓어진 Fe-K 선일 수 있는지를 확인하기 위해 상대론적 원반 반사 모델을 사용하기 위해.
• PKS 0637-752 (z=0.654)에서 유도된 도플러 인자와 비교하여 유속 특성의 일관성을 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 PKS 2149-306의 X선 스펙트럼에서 관측된 약 17 keV의 발광선의 기원은 무엇인가요?
• RQ2 관측된 선이 기기 오차이거나 배경원일 수는 없나요?
• RQ3 활성은하핵 기준 고에너지 및 극도의 블루시프트된 Fe-K 선을 설명할 수 있는 물리적 메커니즘은 무엇인가요?
• RQ4 유도된 질량류 속도는 얼마이며, 다른 상대론적 유속과 비교해보면 어떠한가요?
• RQ5 이 활성은하핵과 이전에 관측된 PKS 0637-752의 Ovii 선 사이에 공통된 물리적 메커니즘 또는 도플러 인자가 존재하는가요?

주요 결과

• 활성은하핵 기준 약 17 keV에서 발광선이 검출되었으며, 이는 적색편이 z=2.345에서 매우 강한 블루시프트된 Fe-K 선에 해당한다.
• 선의 등가폭은 활성은하핵 기준 300±200 eV로, 이는 밀도가 높고 이온화된 영역에서 강한 발광을 나타낸다.
• 선 에너지와 도플러 시프트는 약 0.75c의 질량류 속도를 암시하며, 이는 상대론적 운동과 일치한다.
• 스펙트럼 및 공간 분석을 통해 기기 오차나 우연의 배경원일 가능성이 낮다는 것이 확인되었으며, 이는 선이 활성은하핵 내부에서 기인함을 뒷받침한다.
• 관측된 선는 주로 원반 또는 바람에서 기인하는 상대론적 플라즈마에서의 Fe-K 광자 콜로모프 산란에 의해 가장 잘 설명된다.
• 이 선에서 유도된 도플러 인자 약 2.7은 PKS 0637-752의 Ovii 선에서 유도된 값과 일치하며, 서로 다른 적색편이에서 공통된 유속 메커니즘이 존재할 가능성을 시사한다.