[논문 리뷰] Multi-wavelength campaign on NGC 7469 IV. The broad-band X-ray spectrum

R. Middei, S. Bianchi외 18명|arXiv (Cornell University)|2018. 03. 20.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 2인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 다파장 캠페인 기간 동안 6개월 간의 동시 NuSTAR 및 XMM-Newton 관측을 통해 은하 NGC 7469의 광대역 X선 스펙트럼 분석을 수행한다. 일정한 파wer 레인지 연속스펙트럼, 170 keV에서의 고에너지 절단, 따뜻한 코로나에 기인한 연한 초과, 안정된 중성 Fe Kα 선을 확인하였으며, 이는 먼 거리에서 반사되는 두 개의 코로나 모델을 지지한다. 또한 상대론적 넓이 확장은 관측되지 않았다.

ABSTRACT

We conducted a multi-wavelength six-month campaign to observe the Seyfert galaxy NGC~7469, using the space-based observatories extit{HST}, extit{Swift}, extit{XMM-Newton} and extit{NuSTAR}. Here we report the results of the spectral analysis of the 7 simultaneous extit{XMM-Newton} and extit{NuSTAR} observations. The sources shows significant flux variability within each observation, but the average flux is less variable among the different pointings of our campaign. Our spectral analysis reveals a prominent narrow neutral \ion{Fe} K$α$ emission line in all the spectra, with weaker contributions from Fe K$β$, neutral Ni K$α$ and ionised iron. We find no evidence for variability or relativistic effects acting on the emission lines, which indicates that they originate from distant material. Analysing jointly extit{XMM-Newton} and extit{NuSTAR} data a constant photon index is found ($Γ$=$1.78\pm0.02$), together with a high energy cut-off $E_{ m{cut}}=170^{+60}_{-40}$ keV. Adopting a self-consistent Comptonization model, these values correspond to an average coronal electron temperature of kT=$45^{+15}_{-12}$ keV and, assuming a spherical geometry, an optical depth $τ=2.6\pm0.9$. The reflection component is consistent with being constant, with a reflection fraction in the range $R=0.3-0.6$. A prominent soft excess dominates the spectra below 4 keV. This is best fit with a second Comptonization component, arising from a \virg{warm corona} with an average $kT=0.67\pm0.03$ keV and a corresponding optical depth $τ=9.2\pm0.2$.

연구 동기 및 목표

• 다파장 캠페인 기간 동안 NGC 7469의 광대역 X선 스펙트럼을 특성화하기 위해.
• 단기(ks) 및 장기(개월) 시간스케일에서의 스펙트럼 변화를 조사하기 위해.
• 4 keV 이하의 연한 X선 초과의 물리적 기원을 규명하기 위해.
• 컴프턴화 모델을 사용하여 X선 코로나의 기하학적 구조와 온도를 제약하기 위해.
• 블랙홀 근처에 가까이 있을 가능성을 확인하기 위해 Fe Kα 선의 상대론적 넓이 확장을 평가하기 위해.

제안 방법

• NuSTAR 및 XMM-Newton의 동시 관측을 통해 0.3 keV에서 79 keV까지 광대역 X선 스펙트럼를 확보하였다.
• 스펙트럼 피팅에 파워 레인지, 컴프턴화, 반사 성분을 조합하여 연속스펙트럼과 발광선을 모델링하였다.
• 고에너지 절단은 열적 컴프턴화 모델을 사용하여 코로나 전자 온도(kT)와 광학적 두께(τ)를 유도하였다.
• 연한 초과는 두 번째 컴프턴화 성분을 사용하여 따뜻하고 광학적으로 두꺼운 코로나를 모델링하였다.
• 변동성은 정규화된 초과 분산(σ²_rms)을 사용하여 ks 시간스케일에서의 광도 변화를 정량화하였다.
• 선형형태 분석을 통해 상대론적 넓이 확장을 평가하여 블랙홀 근처에 가까운지 여부를 테스트하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 7469의 스펙트럼 변화는 분단위에서 개월 단위의 시간스케일에서 어떻게 나타나는가?
• RQ2 4 keV 이하의 연한 X선 초과의 물리적 기원은 무엇인가?
• RQ3 Fe Kα 및 기타 발광선은 상대론적 넓이 확장을 보이며 블랙홀에 가까이 있을 가능성이 있는가?
• RQ4 반사 성분은 관측 간에 변화가 있는가, 아니면 일정한가?
• RQ5 컴프턴화 모델링을 통해 유도된 코로나 파rameter(온도 및 광학적 두께)는 무엇인가?

주요 결과

• 평균 X선 스펙트럼 기울기는 Γ = 1.78 ± 0.02이며, 고에너지 절단은 E_cut = 170^{+60}_{-40} keV로 모든 관측에서 일관되게 나타났다.
• 고온 코로나는 구형 기하학을 가정할 때 열적 컴프턴화 모델로 가장 잘 기술되며, kT = 45^{+15}_{-12} keV 및 τ = 2.6 ± 0.9로 나타났다.
• 4 keV 이하에서 연한 초과가 지배적이며, 두 번째 컴프턴화 성분으로 가장 잘 맞춰져 있으며, kT = 0.67 ± 0.03 keV 및 τ = 9.2 ± 0.2로 나타나, 따뜻하고 광학적으로 두꺼운 코로나임을 시사한다.
• 중성 Fe Kα 선은 좁고 모든 관측에서 일정하였으며, 상대론적 넓이 확장의 증거가 없어 먼 거리에서 발생한 것으로 나타났다.
• 반사율 R = 0.3–0.6은 일정하고 안정된 컴프턴 반사 성분이 존재하여 먼 거리에 위치한 컴프턴 두꺼운 반사체를 지지한다.
• Fe xxvi Lyα 선은 모든 관측에서 유의미하게 검출되었으며, 주로 광이온화 기체에서 기인한 것으로 보이며, 더 약한 Fe xxv Heα 선도 함께 검출되었다.