[논문 리뷰] High-energy emission from NGC 5506, the brightest hard X-ray Narrow Line Seyfert 1 galaxy

S. Soldi, V. Beckmann외 3명|arXiv (Cornell University)|2011. 05. 30.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 22인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 INTEGRAL, Swift, Suzaku의 다중 미션 데이터를 사용하여, 하드 X선에서 가장 밝은 경량 라인 섀이퍼 1은은하성인 NGC 5506의 고에너지 X선 방출을 분석한다. 연구는 중간 정도의 광도 변화와 함께 안정된 스펙트럼 형태, 경향적인 경화 현상, 감소하는 흡수, 그리고 플라즈마 온도 60–80 keV, 광학적 두께 0.6–1.0인 컴파운드화 과정의 증거를 발견하였으며, 이는 E_C ≥ 40–100 keV 범위에서 고에너지 절단이 존재함을 시사하며, NLS1은들은 브로드 라인 섀이퍼 1은들보다 낮은 하드 X선 절단을 가진다는 견해를 지지한다.

ABSTRACT

We present results on the hard X-ray emission of NGC 5506, the brightest narrow line Seyfert 1 galaxy above 20 keV. All the recent observations by INTEGRAL, Swift and Suzaku have been analysed and spectral analysis during nine separated time periods has been performed. While flux variations by a factor of 2 were detected during the last 7 years, only moderate spectral variations have been observed, with the hint of a hardening of the X-ray spectrum and a decrease of the intrinsic absorption with time. Using Suzaku observations it is possible to constrain the amount of Compton reflection to R = 0.6-1.0, in agreement with previous results on the source. The signature of Comptonisation processes can also be found in the detection of a high-energy cut-off during part of the observations, at Ec = 40-100 keV. When a Comptonisation model is applied to the Suzaku data, the temperature and the optical depth of the Comptonising electron plasma are measured at kT = 60-80 keV and tau = 0.6-1.0, respectively. The properties inferred for NGC 5506 in this study agree with those based on other data sets for the same AGN, and fit the picture of NLS1 having in general lower high-energy cut-offs at hard X-rays than their broad line equivalent.

연구 동기 및 목표

• 7년에 걸친 다중 미션 관측 데이터를 바탕으로, 가장 밝은 하드 X선 경량 라인 섀이퍼 1은은하성인 NGC 5506의 하드 X선 방출 특성을 규명하는 것.
• 동시 소프트 및 하드 X선 데이터를 활용하여 소스의 스펙트럼 변동성과 시간 해상도 특성을 조사하는 것.
• X선 스펙트럼에서 컴파운드화 매개변수(온도, 광학적 두께)와 고에너지 절단을 제약하는 것.
• NGC 5506의 스펙트럼 특성이 전체 NLS1 집단과 진화 모델과 얼마나 일치하는지 평가하는 것.
• 유도된 블랙홀 질량과 에딩턴 비율이 소스의 진화 상태에 미치는 함의를 평가하는 것.

제안 방법

• INTEGRAL (IBIS/ISGRI 및 JEM-X), Swift (BAT 및 XRT), Suzaku (XIS 및 HXD/PIN)의 데이터를 사용하여 9개의 시간 간격으로 분리된 스펙트럼 분석을 수행하였다.
• 내재된 흡수, 컴파운드 반사, 고에너지 절단을 포함한 pexrav 모델을 사용하여 스펙트럼을 피팅하였으며, 철의 농도와 기울기 각도는 고정하였다.
• Suzaku 데이터에 대해 compPS 모델을 적용하여 직접적으로 컴파운드화 플라즈마 온도(kT_e)와 광학적 두께(τ)를 제약하였다.
• 신호 대 잡음 비율 향상을 위해 근사적으로 동시에 측정된 소프트 및 하드 X선 스펙트럼을 그룹화하였다.
• 표준 캘리브레이션 파일과 HEAsoft/OSA 소프트웨어 패키지를 사용하여 데이터 감소 및 스펙트럼 추출을 수행하였다.
• 다양한 미션과 시간 간격 간 결과를 비교하여 스펙트럼 안정성과 변동성 경향을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 5506의 하드 X선 스펙트럼은 7년에 걸쳐 어떻게 변화하는가? 그리고 광도 및 스펙트럼 변동성 패턴은 어떠한가?
• RQ2 NGC 5506에서 내재된 컴파운드 반사 분율(R)은 얼마이며, 컴파운드화 플라즈마의 특성(kT_e, τ)은 어떠한가?
• RQ3 X선 스펙트럼의 고에너지 절단 에너지(E_C)는 얼마이며, 다른 NLS1들과 비교해보면 어떠한가?
• RQ4 NGC 5506의 유도된 스펙트럼 매개변수는 다른 NLS1들과 브로드 라인 섀이퍼 1s들과 비교해보면 어떻게 되는가?
• RQ5 스펙트럼 및 빛의 세기 제약 조건은 NGC 5506의 블랙홀 질량과 적응 상태에 대해 어떤 함의를 지닌다?

주요 결과

• NGC 5506는 7년 동안 광도가 2배 정도 변동하나, 스펙트럼 형태는 대부분 안정되어 있으며, 약간의 경화 경향과 감소하는 내재된 흡수의 흔적만을 보인다.
• 내재된 흡수는 N_H = 2.5–3.5 × 10²² cm⁻²로 제약되며, 파워 라인 광자 지수는 Γ = 1.4에서 2.3 사이로 변동하며 평균 ⟨Γ⟩ = 1.9 ± 0.3이다.
• pexrav 모델을 사용한 결과 내재된 반사 분율 R는 0.6–1.0로 측정되었으며, compPS 모델을 사용한 결과 0.9–1.4로 나타나 강한 반사가 존재함을 시사하며 이는 이전 연구와 일치한다.
• compPS 모델을 통해 컴파운드화 플라즈마 온도는 kT_e = 64–81 keV, 광학적 두께 τ = 0.6–1.0로 유도되었으며, 이는 고에너지 절단이 E_C ≈ 120–160 keV에 존재함을 암시한다.
• 일부 관측에서 고에너지 절단이 E_C ≥ 40–100 keV로 감지되어 컴파운드화 과정의 존재를 지지한다.
• NGC 5506의 스펙트럼 특성은 전체 NLS1 집단과 일치하며, BLS1s(에너지 절단 E_C ≥ 100 keV)에 비해 낮은 고에너지 절단(E_C ~ 50–60 keV)을 보이며, 이는 NLS1이 초기 진화 단계의 높은 적응 시스템이라는 진화 모델을 지지한다.