[논문 리뷰] A soft X-ray study of Type I AGN observed with Chandra HETGS

Barry McKernan, T. Yaqoob외 1명|2007. 05. 17.

Astrophysical Phenomena and Observations인용 수 89

한 줄 요약

이 연구는 천체망원경 HETGS를 이용한 15개의 타입 I AGN의 연속적인 소프트 X선 스펙트럼 분석을 통해, 10개의 AGN에서 10–1000 km s⁻¹의 속도로 퇴행하는, 사진이온화된 따뜻한 흡수체가 존재함을 밝혀냈다. 이 흡수체의 열두께는 10²⁰–10²³ cm⁻²이며, 이온화 정도는 ξ ∼ 10⁰–10⁴ erg cm s⁻¹의 넓은 범위를 포함한다. 저이온화 성분은 해방되지 않은 철(Fe) Kα 전이 배열을 생성하며, 유력한 기하학적 조건 하에 블랙홀의 질량 축적률을 초월할 수 있는 가장 큰 질량 퇴행 유량을 지닌 것으로 보인다.

ABSTRACT

We present the results of a uniform analysis of the soft X-ray spectra of fifteen type I AGN observed with the high resolution X-ray gratings on board \emph{Chandra}. We found that ten of the fifteen AGN exhibit signatures of an intrinsic ionized absorber. The absorbers are photoionized and outflowing, with velocities in the range $\sim 10^{1}-10^{3}$ km $ m{s}^{-1}$. The column density of the warm absorbing gas is $\sim 10^{20-23} m{cm}^{-2}$. Nine of the ten AGN exhibiting warm absorption are best--fit by multiple ionization components and three of the ten AGN \emph{require} multiple kinematic components. The warm absorbing gas in our AGN sample has a wide range of ionization parameter, spanning roughly four orders of magnitude ($ξ\sim 10^{0-4}$ ergs cm $ m{s}^{-1}$) in total, and often spanning three orders of magnitude in the same gas. Warm absorber components with ionization parameter $ξ<10$ generate an unresolved transition array due to Fe in seven of the ten AGN exhibiting warm absorption. These low ionization state absorbers may also carry away the largest mass outflows from the AGN. The mass outflow rate depends critically on the volume filling factor of the gas, which cannot yet be directly measured. However, upper limits on the mass outflow ratesfor filling factors of unity can be much greater than the expected accretion rate onto the central supermassive black hole and filling factors as small as 1% can give outflow rates comparable to the accretion rate. There appears to be a gap in the outflow velocities in our sample between $\sim 300-500$ km $ m{s}^{-1}$, the origin of which is not clear. The outflow components with velocities below this gap tend to be associated with lower column densities than those with velocities above the gap.

연구 동기 및 목표

• 찰디나 HETGS 데이터를 활용하여 15개의 타입 I AGN의 소프트 X선 방출에 대한 통일적이고 고해상도의 X선 스펙트럼 분석을 수행한다.
• 타입 I AGN 내부의 본질적인 따뜻한 흡수체를 식별하고, 그 이온화 상태, 운동학적 특성, 열두께를 특성화한다.
• 따뜻한 흡수체의 질량 퇴행 유량을 평가하고, 초거대 블랙홀의 예상 질량 축적률과 비교한다.
• 소프트 X선 대역에서의 스펙트럼 복잡성의 기원, 특히 사진이온화 퇴행 유속에서 기인하는 흡수 특징을 조사한다.
• 퇴행 성분 간의 속도 갭이 존재하는지 탐색하고, 그 물리적 의미를 조사한다.

제안 방법

• 찰디나 HETGS로 관측한 15개의 타입 I AGN에서의 고해상도 소프트 X선 스펙트럼(0.5–2 keV)에 대해 통일된 스펙트럼 피팅을 수행하였다.
• 사진이온화 모델링(XSTAR를 통한)을 사용하여 따뜻한 흡수체 성분의 이온화 매개변수(ξ), 열두께(NH), 퇴행 속도(v)를 제약 조건으로 설정하였다.
• O VII 및 O VIII 에지, 철(Fe) Kα 선 프로파일, 철 L껍질 전이에서 기인하는 해방되지 않은 전이 배열(UTA)을 포함한 흡수 특징을 분석하였다.
• 저이온화 흡수체의 기여도를 철의 UTA 서명을 통해 평가하였으며, 이는 저-ξ, 고밀도 기체의 진단적 특성이다.
• 유도된 NH와 v를 기반으로 질량 퇴행 유량을 추정하였으며, 부피 채움 요소(f)에 민감도를 적용하여 f = 1 및 f = 0.01일 때의 상한선을 적용하였다.
• 특히 NGC 3516와 NGC 3783에서의 다중 관측 결과를 비교하여 스펙트럼 변화성과 흡수 특징의 상태 의존성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 타입 I AGN는 일반적으로 소프트 X선 스펙트럼에서 사진이온화된 퇴행하는 따뜻한 흡수체를 포함하는가?
• RQ2 이 AGN의 따뜻한 흡수체 성분에서 이온화 매개변수(ξ)와 퇴행 속도(v)의 범위는 무엇인가?
• RQ3 저이온화 따뜻한 흡수체는 총 질량 퇴행 유량에 얼마나 기여하는가? 그리고 철의 해방되지 않은 전이 배열(UTA)을 통해 식별될 수 있는가?
• RQ4 유도된 질량 퇴행 유량은 중심 블랙홀의 예상 질량 축적률과 어떻게 비교되며, 채움 요소에 얼마나 민감한가?
• RQ5 왜 약 300–500 km s⁻¹ 사이에 퇴행 속도 분포의 갭이 존재하는가? 그 원인은 무엇일 수 있는가?

주요 결과

• 15개의 타입 I AGN 중 10개에서 10–1000 km s⁻¹의 속도로 퇴행하는 본질적인 사진이온화된 따뜻한 흡수체의 명확한 징후를 관측하였다.
• 따뜻한 흡수체의 열두께는 10²⁰–10²³ cm⁻²이며, 이온화 매개변수(ξ)는 10⁰–10⁴ erg cm s⁻¹의 네 개의 주기 범위를 포함한다. 이 중 10개의 AGN 중 9개에서는 다중 이온화 성분이 필요하였다.
• 저이온화 성분(ξ < 10 erg cm s⁻¹)은 10개의 AGN 중 7개에서 철 L껍질 전이에서 기인하는 해방되지 않은 전이 배열(UTA)을 생성하였다.
• 부피 채움 요소(f)가 1일 경우 질량 퇴행 유량은 중심 블랙홀의 예상 질량 축적률을 초월할 수 있으며, 심지어 f = 1%일 경우에도 퇴행 유량은 질량 축적률과 유사한 수준을 유지한다.
• 약 300–500 km s⁻¹ 사이에 퇴행 속도 분포에 중대한 갭이 관측되었으며, 저속도 성분은 고속도 성분보다 일반적으로 열두께가 낮았다.
• 저이온화 흡수체는 철의 UTA를 통해 감지 가능하며, 가장 큰 질량 퇴행 유량을 지닌 것으로 보이며, 소프트 X선 대역에서 가장 잘 연구될 수 있다.