[논문 리뷰] Long-term AGN variability and the case of GSN 069

R. D. Saxton, A. Read외 3명|arXiv (Cornell University)|2011. 06. 17.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 13인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 3–19년에 걸친 ROSAT 및 XMM-Newton 데이터를 활용하여 1,038개의 AGN에서 장기적인 X선 변동성을 조사하며, 이중은 Seyfert II 은하에서 가장 높은 광도 변동성을 보임을 발견하였다. GSN 069는 넓은선 영역이 없는 '진정한' Seyfert II로, >300배로 밝아졌으며, 디스크 방출과 일치하는 부드럽고 열적 X선 스펙트럼을 보이며, 고광도 상태에서 블록선 영역(BLR) 형성이 가능할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We report on a study of long-term flux variations in a sample of more than 1000 AGN observed with ROSAT and in the XMM-Newton slew survey. Over a period of 3-19 years, NLS1 galaxies as a class are found to be only slightly more variable than broad line Seyfert galaxies, despite the strong short term variability seen in some bright nearby NLS1s. Contrary to expectations, it is Seyfert II galaxies that exhibit the greatest flux volatility. One particular Sy II, which has brightened by a factor > 300 over 15 years, has been monitored in detail with Swift and XMM. The spectrum is extremely soft (kT \sim 60eV) consistent with pure thermal emission from an accretion disk and reminiscent of ROSAT observations of the NLS1,WPVS 007. We show that this is likely to be a "true" Sy II, without a BLR, and speculate that in its new high luminosity state we may be able to witness a BLR in formation.

연구 동기 및 목표

• ROSAT 및 XMM-Newton 설문 조사 자료를 활용하여 1,038개의 AGN 전반에 걸쳐 장기적인 X선 광도 변동성을 체계적으로 분석하기.
• NLS1 은하가 다수 년 단위 시간 스케일에서 다른 AGN 계열보다 더 변동성이 크다는 가설을 검증하기.
• 15년에 걸쳐 >300배로 밝아진 Seyfert II 은하인 GSN 069의 극단적 변동성의 성격을 조사하기.
• GSN 069의 소프트 X선 스펙트럼이 열적 기원인지 또는 흡수로 인한 것인지 확인하고, BLR 형성에 대한 함의를 규명하기.
• GSN 069에서 넓은선 영역이 없는 것이 먼지 토러스에 의한 은폐가 아니라 내재된 유동 부족 때문인지 평가하기.

제안 방법

• ROSAT 전체천구조사(RASS) 및 XMM-Newton 스류 조사(XMMSL1)에서 식별된 AGN를 교차 확인하고, 양 측정에서 모두 관측된 자료를 선별함.
• EXSAS 및 웹 기반 상한값 서버를 사용하여 양측 조사에서 검출되지 않은 소스에 대해 2-sigma 상한값을 계산함.
• ROSAT와 XMM-Newton 간의 카운트 레이트를 평균 비율 6.94±0.20을 기반으로 정규화하고, 광도 일관성을 확보하기 위해 요인 7을 채택함.
• GSN 069의 X선 스펙트럼을 열적 디스크 모델(diskbb)로 피팅하고, 파wr-law 모델을 사용하여 이온화된 부분 커버리지 흡수체 존재 여부를 시험함.
• 6dF를 활용한 광학 스펙트럼 측정을 통해 [OIII]/Hβ 비율을 산정하고 넓은선 영역의 유무를 추론함.
• 표준 스케일링 관계를 적용하여 디스크 온도 및 빛의 세기에서 블랙홀 질량과 적출률을 추정함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 짧은 기간 변동성에 비해 장기적(수년) 스케일에서 NLS1 은하는 다른 AGN 계열보다 유의미하게 더 변동성이 큰가?
• RQ2 15년에 걸쳐 >300배로 밝아진 GSN 069에서 관측된 극도의 장기적 X선 변동성의 원인은 무엇인가?
• RQ3 GSN 069의 극도로 부드러운 X선 스펙트럼(kT ~60 eV)은 열적 기원인지, 아니면 흡수 또는 산란으로 인한 것인가?
• RQ4 GSN 069에서 넓은선 영역이 없는 것은 먼지 토러스에 의한 은폐가 아니라 내재된 유동 부족을 의미하는가?
• RQ5 GSN 069의 현재 고광도 상태가 적출률 및 유동 모델에 기반해 블록선 영역 형성 단계일 수 있는가?

주요 결과

• Seyfert II 은하는 짧은 기간 변동성에 기반한 예측과는 반대로, AGN 계열 중에서 가장 높은 장기적 광도 변동성을 보임.
• 짧은 기간 변동성이 강한 밝은 NLS1들에 비해, 3–19년 기간 동안 NLS1은 넓은선을 가진 Seyfert I 은하와 비슷한 정도로 뿐만 아니라 약간 더 변동성이 높음.
• GSN 069는 15년에 걸쳐 >300배로 밝아졌으며, X선 스펙트럼에서 부드러운 열적 성분(kT ~60 eV)을 보이며, 디스크 주도 방출과 일치함.
• GSN 069의 X선 스펙트럼은 흡수나 산란에 의해 설명되는 것이 아니라 열적 디스크 모델에 의해 가장 잘 설명되며, Γ < 4인 파워-레인지 모델을 배제함.
• 광학 스펙트럼 측정에서 [OIII]/Hβ ~11을 관측하여, 흡수로 인한 것이 아니라 넓은선 영역의 부재를 시사하며, GSN 069가 '진정한' Seyfert II임을 지지함.
• 블랙홀 질량 추정치는 비회전 상태일 경우 1.7×10⁵ M⊙에서 최대 스핀 상태일 경우 8.4×10⁵ M⊙까지 다양하며, 적출률은 0.017–0.38로 BLR 형성 조건과 일치함.