[논문 리뷰] Kinematics from spectral lines for AGN outflows based on time-independent radiation-driven wind theory

J. M. Ramírez|arXiv (Cornell University)|2011. 08. 08.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 1인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 사인티어 1은하 NGC 3783의 X선 흡수선 운동학을 설명하기 위해 시간에 의존하지 않는 방사압 구동 바람 모델을 개발한다. 속도에 의존하는 이온화도 및 밀도 프로파일을 갖는 두 개의 별개의 배출 유량을 모델링하여 관측된 선 비대칭성과 속도-이온화도 관계를 재현한다. 이는 고이온화 유량이 저이온화 선의 빨간쪽 날개를, 고이온화 선의 파랑쪽 날개를 생성하는 반면, 저이온화 유량이 산소 선의 파랑쪽 날개를 설명함을 보여준다.

ABSTRACT

We build a bulk velocity-dependent photoionization model of the warm absorber of the Seyfert 1 galaxy NGC 3783. By adopting functional forms for velocity of the flow and its particle density with radius, appropriate for radiation driven winds, we compute the ionization, temperature, line Doppler shift, and line optical depths as a function of distance. By doing this we obtain detailed profiles for the entire absorption line spectrum. The model reproduces the observed relationship between the gas ionization and the velocity shift of the line centroids as well as the asymmetry of the absorption lines in the X-ray spectrum of NGC 3783. It is found that the distribution of asymmetry requires the presence of two outflows: a higher ionization component responsible for the blue wings of the high ionization lines and the red wings of the low ionization oxygen lines, and a lower ionization flow that makes up for the blue wings of the oxygen lines. Our model predicts a relationship between the X-rays and the UV absorbers, where the component creating the long wavelength lines in the X-ray spectrum is also responsible for creating at least part of the UV absorption troughs.

연구 동기 및 목표

• NGC 3783의 X선 흡수선에서 관측된 비대칭성과 속도 이동을 물리적으로 타당한 바람 모델을 사용해 설명하기 위해.
• 단일 연속 유량 모델이 선의 이온화도-속도 관계와 선 프로파일을 더 잘 재현하는지, 다중 성분 모델이 더 나은지 테스트하기 위해.
• 동일한 바람 성분이 X선과 자외선 흡수 특징을 연결하여, X선과 자외선 흡수 특징 간의 관계를 조사하기 위해.
• 방사압 구동 바람 모델이 관측 결과를 일치시키기 위해 필요한 물리적 매개변수(밀도, 이온화도, 속도 법칙)를 결정하기 위해.

제안 방법

• NGC 3783의 웜 흡수체에 대해 시간에 의존하지 않고, 전체 속도에 따라 변하는 광이온화 모델을 채택한다.
• Castor 등(1975)의 방사압 구동 바람 속도 법칙을 사용하여, 반경 방향의 속도 및 입자 밀도의 변화를 고려한다.
• XSTAR 광이온화 코드를 사용하여 이온화도 구조, 온도, 선 도플러 이동 및 광학적 두께를 자가 일관성 있게 계산한다.
• 확장하는 유량에서의 선 광학적 두께를 계산하기 위해 수정된 SEI 방법을 적용하여 합성 선 프로파일을 계산한다.
• Chandra X선 관측 결과와 모델링된 선 프로파일 및 속도 이동을 비교한다.
• 단일 연속 모델과 다중 성분 모델을 모두 테스트하여, 비대칭성을 더 잘 설명하는 데 이중 유량 해법이 유리함을 확인한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 단일 연속 흐름을 갖는 방사압 구동 바람 모델이 NGC 3783의 관측된 X선 선 비대칭성을 재현할 수 있는가?
• RQ2 관측된 선의 속도 이동과 비대칭성을 일치시키기 위해 바람 모델이 요구하는 물리적 매개변수(이온화도, 밀도, 속도 법칙)는 무엇인가?
• RQ3 이온화 상태와 선 중심 속도 사이의 관계가 단일 유량인지 다중 성분인지 나타내는가?
• RQ4 X선 흡수에 기여하는 동일한 바람 성분이 NGC 3783에서 관측된 자외선 흡수 흐름을 설명할 수 있는가?
• RQ5 고이온화 및 저이온화 유량의 기여가 관측된 X선 선의 빨간쪽 날개와 파랑쪽 날개를 어떻게 조합하여 만들어내는가?

주요 결과

• 매우 낮은 밀도(~10^3–10^4 cm⁻³)와 낮은 중성도(0.01 태양)를 가정하지 않는 한, 단일 연속 유량 모델은 현실적으로 낮은 열량 밀도와 광학적 두께를 갖는다.
• 별개의 이온화도 및 속도 구조를 갖는 이중 유량 모델은 관측된 선 비대칭성과 속도 이동을 성공적으로 재현한다.
• 고이온화 유량(log ξ₀ ≈ 3, N_H = 10²² cm⁻²)은 저이온화 선들(예: Ne IX–O VII)의 빨간쪽 날개와 고이온화 선들(예: Fe XXIII–Si XIV)의 파랑쪽 날개를 생성한다.
• 저이온화 유량(log ξ₀ ≈ 2, N_H = 10²¹ cm⁻², v∞ ≈ 2200 km s⁻¹)은 고이온화 성분만으로는 설명되지 않는 O VIII 선의 파랑쪽 날개를 생성하기 위해 필요하다.
• 모델은 X선과 자외선 흡수 특징 간의 강력한 상관관계를 예측하며, 동일한 바람 성분이 X선 흡수 trough와 자외선 双성선(예: C IV, N V, O VI)을 모두 생성한다.
• 유도된 질량 손실률은 ˙M_out ≈ 1 M☉ yr⁻¹이며, ˙M_out / ˙M_Edd > 10로, 다른 활성은하핵(outflow) 연구 결과와 일치하지만, ˙M_out / ˙M_Edd ≤ 1을 가정하는 모델과는 일치하지 않는다.