[논문 리뷰] Anatomy of the AGN in NGC 5548: I. A global model for the broadband spectral energy distribution

M. Mehdipour, J. S. Kaastra외 25명|arXiv (Cornell University)|2015. 01. 06.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 84인용 수 73

한 줄 요약

이 논문은 NGC 5548에 대한 글로벌 밴드폭 스펙트럼 에너지 분포(Spectral Energy Distribution, SED) 모델을 제시하며, 연한 X선 과잉을 액체 상태의 단일 따뜻한, 광학적으로 두꺼운 코로나가 확장된 것에서 비롯된 콤프턴화된 꼬리로 규명한다. 이 모델은 2013년의 은폐 현상을 외부로 향하는 약한 이온화된 기체 흐름(은폐자)에 의해 발생하는 것으로 설명하며, 이는 원천의 내재된 연속 스펙트럼을 변화시키지 않고 먼 광학 이온화 기체의 이온화 상태만 변화시킨다. 내재된 연속 스펙트럼은 은폐 상태와 은폐되지 않은 상태에서 일관되게 유지된다.

ABSTRACT

An extensive multi-satellite campaign on NGC 5548 has revealed this archetypal Seyfert-1 galaxy to be in an exceptional state of persistent heavy absorption. Our observations taken in 2013-2014 with XMM-Newton, Swift, NuSTAR, INTEGRAL, Chandra, HST and two ground-based observatories have together enabled us to establish that this unexpected phenomenon is caused by an outflowing stream of weakly ionised gas (called the obscurer), extending from the vicinity of the accretion disk to the broad-line region. In this work we present the details of our campaign and the data obtained by all the observatories. We determine the spectral energy distribution of NGC 5548 from near-infrared to hard X-rays by establishing the contribution of various emission and absorption processes taking place along our line of sight towards the central engine. We thus uncover the intrinsic emission and produce a broadband continuum model for both obscured (average summer 2013 data) and unobscured ($

연구 동기 및 목표

• 은폐 상태와 은폐되지 않은 상태에서 근적외선에서 하드 X선 영역까지의 내재된 밴드폭 SED를 규명하는 것.
• NGC 5548의 연한 X선 과잉의 물리적 기원을 규명하는 것, 특히 이것이 콤프턴화된 코로나에서 비롯되는지 또는 추가 성분에서 기인하는지 확인하는 것.
• 은폐자—외부로 향하는 약한 이온화된 기체—가 먼 광학 이온화 기체(따뜻한 흡수체)의 이온화 평형과 열적 안정성에 미치는 영향을 조사하는 것.
• 2013년 은폐 사건 동안 NGC 5548의 내재된 연속 스펙트럼이 변화하는지 여부를 규명하는 것, 또는 관측된 스펙트럼 변화가 흡수 효과 때문인지 여부를 판단하는 것.
• 선로 상의 복사 및 흡수 과정을 모델링하여 내재된 복사와 흡수 효과를 분리하는 것, 특히 X선 은폐 및 따뜻한 흡수를 포함한다.

제안 방법

• 2013년 캠프에 걸쳐 XMM-Newton, NuSTAR, Swift, INTEGRAL, Chandra, HST/COS 및 지상 천체망원경(WO, OCA)에서의 다중 파장 관측을 통합한 데이터.
• 모든 천체망원경의 동시에 쌓인 데이터를 사용하여 8060 Å에서 200 keV까지의 스펙트럼 에너지 분포(SEP) 모델링.
• 근적외선/광학/자외선에서 연한 X선 연속 스펙트럼을 맞추기 위해 콤프턴화 모델을 적용하였으며, 전자 온도 ~0.15 keV, 광학적 두께 ~23인 따뜻한, 광학적으로 두꺼운 코로나를 가정한다.
• 2000년과 2001년의 암시적 XMM-Newton 데이터를 활용하여 2013년 은폐 상태와 비교할 수 있는 은폐되지 않은 연속 스펙트럼을 확립한다.
• 따뜻한 흡수체의 광학 이온화 모델링 및 냉각 곡선을 이용한 열적 안정성 분석을 통해 은폐자가 먼 기체에 미치는 영향을 평가한다.
• 선로 상의 X선 은폐 및 따뜻한 흡수의 영향을 모델링하여 내재된 복사와 흡수 효과를 분리한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 5548의 연한 X선 과잉의 물리적 기원은 무엇이며, 이는 따뜻한, 광학적으로 두꺼운 코로나에서의 콤프턴화와 일치하는가?
• RQ2 은폐자—외부로 향하는 약한 이온화된 기체—의 존재가 NGC 5548의 먼 광학 이온화 기체의 이온화 상태와 열적 안정성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 은폐 상태(2013년)와 은폐되지 않은 상태(2011년 이전)에서 NGC 5548의 내재된 밴드폭 연속 스펙트럼이 다를까, 아니면 스펙트럼 변화는 순수히 흡수 효과 때문인가?
• RQ4 은폐자가 자외선/연한 X선 복사의 억제에 어떤 역할을 하는가? 이는 따뜻한 흡수체 시스템의 이온화 평형에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 높은 이온화 상태의 철 이온(Fe xxiii–xxvi)은 NGC 5548에서 냉각 곡선의 열적으로 불안정한 분지에 위치하는가? 이는 은폐 여부에 영향을 받는가?

주요 결과

• NGC 5548의 연한 X선 과잉은 내부 순환 디스크와 관련된 단일 따뜻한(Те ≈ 0.15 keV), 광학적으로 두꺼운(τ ≈ 23) 코로나에서 비롯된 콤프턴화된 꼬리로 설명되며, 추가적인 열적 디스크나 재방출 성분이 필요하지 않다.
• 근적외선/광학/자외선 연속 스펙트럼은 단일 콤프턴화 성분에서 비롯되며, 이 성분이 연한 X선 과잉도 동시에 생성하므로 별개의 열적 디스크나 재방출 복사의 증거는 없다.
• 은폐 상태(2013년)와 은폐되지 않은 상태(2011년 이전) 사이에서 내재된 밴드폭 연속 스펙트럼은 변화가 없으며, 연한 X선 대역에서 관측된 스펙트럼 억제는 이에 기인하지 않는다.
• 2013년에 주요 X선 파wer-법칙의 스펙트럼 지수는 Γ = 1.6으로 더 딱딱한 편이지만, 이는 은폐 사건과 인과 관계가 없다.
• 은폐자는 먼 광학 이온화 기체의 이온화 평형을 크게 변화시켜 냉각 곡선의 연장된 열적으로 불안정한 분지로 이동시킨다.
• 열적 안정성 분석 결과, NGC 5548의 고도로 이온화된 철 이온(Fe xxiii ~ Fe xxvi)은 은폐 여부에 관계없이 냉각 곡선의 불안정한 분지에 위치해 있다.