[논문 리뷰] Extreme X-ray spectral variability in the Seyfert 2 Galaxy NGC 1365

G. Risaliti, M. Elvis외 3명|CERN Bulletin|2005. 03. 16.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 2인용 수 149

한 줄 요약

이 연구는 세이프트 2은하계 NGC 1365에서 극단적인 X선 스펙트럼 변화를 보여주며, 이는 3주 미만의 기간 동안 반사 주도 상태에서 투과 주도 상태로의 전이를 보이며, 빠른 시야 방향 흡수 변화를 시사한다. 경직된 X선 변화는 약 10^4 R_S 거리에 있는 밀도 높은 덩어리로 구성된 흡수체에 기인하며, 부드러운 열성분은 안정적으로 유지되어 있어, 시야 방향 커버리지가 변하는 층상의 컴프턴 두꺼운 핵외 구조를 지지한다.

ABSTRACT

We present multiple Chandra and XMM-Newton observations of the type 1.8 Seyfert Galaxy NGC 1365, which shows the most dramatic X-ray spectral changes observed so far in an AGN: the source switched from reflection dominated to transmission dominated and back in just 6 weeks. During this time the soft thermal component, arising from a ~1 kpc region around the center, remained constant. The reflection component is constant at all timescales, and its high flux relative to the primary component implies the presence of thick gas covering a large fraction of the solid angle. The presence of this gas, and the fast variability time scale, suggest that the Compton-thick to Compton thin change is due to variation in the line-of-sight absorber, rather than to extreme intrinsic emission variability. We discuss a structure of the circumnuclear absorber/reflector which can explain the observed X-ray spectral and temporal properties.

연구 동기 및 목표

• NGC 1365에서 관측된 극단적인 X선 스펙트럼 변화의 기원을 규명한다. 이는 반사 주도 상태에서 투과 주도 상태로의 급격한 전이를 보이는 세이프트 2은하계이다.
• 관측된 변화가 AGN의 기본 복사의 내재적 변화인지, 아니면 변동하는 시야 방향 흡수에 기인한 것인지 확인한다.
• 핵외 흡수체/반사체의 공간적 및 물리적 구조를 특성화하여 관측된 X선 스펙트럼 및 시간적 특성을 설명한다.
• 이러한 빠른 변화가 AGN의 가림 매체의 기하학적 및 운동학적 특성에 미치는 영향을 평가한다.
• 일원화된 모델의 타당성을 검토하며, 변동하는 덩어리로 이루어진 컴프턴 두꺼운 흡수체가 관측된 X선 스펙트럼을 어떻게 형성하는지 분석한다.

제안 방법

• 6주 간의 기간 동안 NGC 1365의 여러 XMM-Newton 및 찬드라 관측 데이터를 분석하여 스펙트럼 변화를 중심으로 분석하였다.
• 반사 모델인 PEXRAV를 사용하여 스펙트럼 피팅을 수행하고, 반사된 성분과 직접적인 X선 성분의 정규화를 비교함으로써 반사 주도 정도를 정량화하였다.
• 부드러운 열성분(약 1 kpc 지역에서 기인)을 측정하고, 모든 관측에서 안정성을 확인함으로써 경직된 X선 변화에서 이를 분리하였다.
• 관측된 스펙트럼 변화의 시간스케일(≤20일)과 추정된 X선 소스 크기(~20 R_S)를 이용하여 변동하는 흡수체의 크기와 밀도를 추정하였다.
• 케플러 운동을 가정하고, 열량 밀도 변화 ΔN_H = 10^24 cm⁻²를 고려하여 흡수 클라우드의 최소 반경을 R ≤ 2×10^5 n_10^2 R_S 관계를 통해 유도하였다.
• 각도 및 거리에 따라 열량 밀도가 변하는 층상의 덩어리로 이루어진 흡수체 모델을 제안하였으며, 이는 관측된 고체각 커버리지 분율 및 X선 흡수 통계와 일치한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 1365에서 관측된 극단적인 X선 스펙트럼 변화는 무엇이 원인인가? 특히 3주 미만의 기간 내에 반사 주도 상태에서 투과 주도 상태로의 전이가 관측된 이유는 무엇인가?
• RQ2 이러한 변화는 AGN의 기본 복사의 내재적 변화에 기인하는가, 아니면 변동하는 시야 방향 흡수에 기인하는가?
• RQ3 관측된 스펙트럼 전이의 원인이 되는 흡수체의 공간적 및 물리적 제약 조건은 무엇인가?
• RQ4 관측된 변화는 표준 일원화된 모델(토로이드형 가림 매체를 가진 AGN 모델)을 지지하는가, 아니면 도전하는가?
• RQ5 층상의 덩어리로 이루어진 흡수체 모델이 관측된 X선 스펙트럼 특성과 이러한 극단적인 변화 사건의 빈도를 설명할 수 있는가?

주요 결과

• NGC 1365는 3주 미만의 기간 동안 반사 주도 상태에서 투과 주도 상태로의 전이를 보이며, 이는 현재까지 관측된 가장 빠른 컴프턴 두꺼운 상태에서 두꺼운 상태로의 전이이다.
• 핵심 부근 약 1 kpc 지역에서 기인하는 부드러운 열성분은 모든 관측에서 일정하게 유지되었으며, 이는 경직된 X선 변화의 원인이 되지 않는다.
• 경직된 X선 성분은 직경 <200 pc (2 arcsec) 이내의 밀도 높은 영역에서 기인하며, 중심 블랙홀 근처에서의 복사와 일치한다.
• 관측된 변화는 중심 소스에서 약 10^4 R_S 거리에 위치한 변동하는 흡수체를 암시하며, 최소 반경은 약 4.5×10^17 cm, 밀도는 <2×10^9 cm⁻³ 이하이다.
• 높은 반사 효율성(R=1)과 광범위한 고체각을 커버하는 두꺼운 기체의 존재는, 하늘의 상당 부분을 덮는 컴프턴 두꺼운 반사체가 존재함을 시사한다.
• 관측된 변화는 기본 복사의 내재적 변화보다는 시간이 지남에 따라 시야가 다양한 열량 밀도를 샘플링하는 덩어리로 이루어진 층상의 흡수체에 의해 가장 잘 설명된다.