[논문 리뷰] Anatomy of the AGN in NGC 5548. VI. Long-term variability of the warm absorber

J. Ebrero, J. S. Kaastra외 14명|Leiden Repository (Leiden University)|2016. 01. 11.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 58인용 수 19

한 줄 요약

이 연구는 1999–2007년 기간 동안의 약물 XMM-Newton 및 Chandra 격자 스펙트럼을 활용하여 NGC 5548의 웜 약탈기(WA)에서의 장기적 X선 변동성을 분석하며, 업데이트된 광이온화 코드를 사용하여 이온화 상태의 변화를 모델링함으로써 기체 밀도와 거리 제약 조건을 추론한다. 연구 결과, 파크 규모의 거리에서 여섯 개인 이온화 단계를 확인하였으며, 총 운동 에너지 빛의 세기는 빛의 총 빛의 세기의 0.2%에 불과하여 주된 은하에서의 중요한 피드백을 일으키기에 충분하지 않다.

ABSTRACT

(Abridged) The archetypal Seyfert 1 galaxy NGC 5548 was observed in 2013-2014 in the context of an extensive multiwavelength campaign, which revealed the source to be in an extraordinary state of persistent heavy obscuration. We re-analyzed the archival grating spectra obtained by XMM-Newton and Chandra between 1999 and 2007 in order to characterize the classic warm absorber (WA) using consistent models and up-to-date photoionization codes and atomic physics databases and to construct a baseline model that can be used as a template for the WA in the 2013 observations. The WA in NGC 5548 is composed of 6 distinct ionization phases outflowing in 4 kinematic regimes in the form of a stratified wind with several layers intersected by our line of sight. If the changes in the WA are solely due to ionization or recombination processes in response to variations in the ionizing flux among the different observations, we are able to estimate lower limits on the density of the WA, finding that the farthest components are less dense and have a lower ionization. These limits are used to put stringent upper limits on the distance of the WA components from the central ionizing source, with the lowest ionization phases <50, <20, and <5 pc, respectively, while the intermediately ionized components lie at <3.6 and <2.2 pc from the center, respectively. The highest ionization component is located at ~0.6 pc or closer to the AGN central engine. The mass outflow rate summed over all WA components is ~0.3 Msun/yr, about six times the nominal accretion rate of the source. The total kinetic luminosity injected into the ISM is a small fraction (~0.03%) of the bolometric luminosity of the source. After adding the contribution of the UV absorbers, this value augments to ~0.2% of the bolometric luminosity, well below the minimum amount of energy required by current feedback models to regulate galaxy evolution.

연구 동기 및 목표

• 일致된 광이온화 모델과 최신 원자 데이터를 사용하여 NGC 5548의 웜 약탈기(WA)의 장기적 변동성을 특성화하는 것.
• 2013–2014년 XMM-Newton 관측 기간 동안 소스가 심하게 은폐된 바에 대비하여 WA의 기본 물리적 모델을 수립하는 것.
• 광원의 밝기 변화에 대한 반응으로 이온화 상태 변화를 모델링함으로써 WA 구성 요소의 밀도 하한과 거리 상한을 추정하는 것.
• WA의 운동 에너지 빛의 세기와 질량 유출률을 평가하고, AGN 피드백 메커니즘에서의 잠재적 역할을 평가하는 것.

제안 방법

• 최신 버전의 광이온화 코드 CLOUDY와 SPEX 피팅 패키지를 사용하여 XMM-Newton 및 Chandra의 X선 격자 스펙트럼을 모델링하는 데 사용함.
• 재현 가능하고 정확한 분석을 위해 고정된 광이온화 모델과 업데이트된 원자 물리 데이터베이스를 적용하여 약물 관측 기간 동안의 관측 결과(1999–2007)를 통합함.
• 관측된 WA 변동성이 유출 속도와 열두께를 일정하게 유지하면서 빛의 변화에 대한 반응으로 이온화/복구 과정에 의해 유도된 것으로 가정함.
• 각 WA 구성 요소에서 지배적인 이온을 사용하여 이온 농도 변화로부터 기체 밀도의 하한을 계산함.
• 이온화 파라미터와 빛의 세기 변화를 사용하여 밀도 제약 조건을 중심 기관으로부터의 거리 상한으로 변환함.
• 모든 WA 구성 요소의 질량 유출률과 운동 에너지 빛의 세기를 합산하여 총 값이 빛의 총 빛의 세기와 피드백 모델 기준치와 어떻게 비교되는지 분석함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 여러 약물 관측 기간(1999–2007) 동안 NGC 5548의 웜 약탈기(WA)에서의 이온화 및 운동학적 구조는 어떻게 되는가?
• RQ2 AGN에서의 이온화 복사 빛의 변화와 WA 구성 요소의 이온화 상태 변화는 어떻게 상관관계가 있는가?
• RQ3 이온화/복구 과정이 유일한 변동성 원인으로 간주될 경우, WA 구성 요소의 밀도 하한과 거리 상한은 각각 얼마인가?
• RQ4 X선 WA의 총 질량 유출률과 운동 에너지 빛의 세기는 얼마이며, 빛의 총 빛의 세기와 피드백 모델 요구 조건과 비교해 보면 어떻게 되는가?
• RQ5 관측된 WA 특성은 디스크 기반 또는 토러스 기반 바람 모델과 어떻게 조화를 이룰 수 있으며, 이는 피드백 메커니즘에 대해 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• NGC 5548의 웜 약탈기(WA)는 유출 속도가 약 -250, 약 -550, 약 -800, 약 -1200 km s⁻¹인 네 가지 운동학적 범주에 분포한 여섯 개의 독립된 이온화 단계로 구성되어 있다.
• 가장 낮은 이온화 단계는 중심 소스로부터 <50 pc, <20 pc, <5 pc 거리에 위치해 있으며, 중간 이온화 단계는 각각 <3.6 pc 및 <2.2 pc 이내에 존재한다.
• 가장 높은 이온화 단계는 중심 기관으로부터 약 ~0.6 pc 이내(또는 가능하면 약 ~0.4 pc 이내)에 국한되어 있다.
• 모든 WA 구성 요소를 통합한 총 질량 유출률은 약 ~0.3 M☉ yr⁻¹이며, 블랙홀의 명목상 적층률의 약 6배에 해당한다.
• X선 WA의 운동 에너지 빛의 세기는 빛의 총 빛의 세기의 약 ~0.03%이며, 자외선 흡수체를 포함하면 ~0.2%로 증가한다.
• 이 총 운동 에너지 빛의 세기는 여전히 중요한 피드백을 일으키기에 충분하지 않으며, 현재 피드백 모델이 은하 진화에 영향을 미치기 위해 요구하는 빛의 총 빛의 세기의 약 ~0.5–5%보다 두 개의 자리수 낮다.