[논문 리뷰] Multi-wavelength campaign on NGC7469 I. The rich 640 ks RGS spectrum

Ehud Behar, U. Peretz외 16명|arXiv (Cornell University)|2016. 12. 22.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 49인용 수 12

한 줄 요약

이 연구는 XMM-Newton의 RGS를 사용하여 640 ks의 고해상도 X선 스펙트럼을 통해 은하 NGC 7469의 세이프트 은하를 분석하여, –650, –950, 및 –2050 km s⁻¹의 세 개의 구분 가능한 이온화된 유출 성분을 규명하였으며, 넓은 이온화 구조와 광이온화 방출의 증거를 제시한다. 분석을 통해 kT = 0.35 keV에서 순환핵 성폭발 성분을 식별하고, 흡수체의 거리를 최소 몇 페르세크 이상으로 제약을 두었으며, 깊고 고해상도의 스펙트럼 분석을 통해 AGN 유출의 복잡성을 입증하였다.

ABSTRACT

Outflows in active galaxies (AGNs) are common, although their launching mechanism, location, and physical impact on the host galaxy remain controversial. We conducted a multiwavelength six-month campaign to observe the nearby Seyfert galaxy NGC 7469 with several observatories in order to better understand and quantify the outflow in this AGN. We report on the time-integrated line-resolved X-ray spectrum of NGC 7469 obtained with the Reflection Grating Spectrometer (RGS) on board XMM-Newton. We use the RGS spectrum to discern the many AGN outflow components. A global fit is applied to obtain their physical parameters. We find that the AGN wind can be well described by three narrow velocity components at -650, -950, and -2050 km/s. The RGS clearly resolves the -20 50 km/s component in C5+ Ly$α$, while the -650 km/s and -950 km/s velocities are blended. Similar velocities are resolved in the UV. The H-equivalent column densities of these components are, respectively, NH = 7x10^20, 2.2x10^21, and 10^20 cm^-2, for a total of 3x10^21 cm^-2. The -650 km/s component shows a broad ionisation distribution. We identify a photo-ionised emission component blue-shifted by -450 km/s which we ascribe to the same outflow that produces the absorption lines. The elemental abundance ratios of C, N, Ne, S, and Fe to O in the outflow tend to be between 1 - 2 times solar. Preliminary estimates of the absorber distance from the AGN center suggest it is at least a few pc away from the center, but more advanced methods need to be applied in order to obtain better constraints. The complex X-ray spectrum of NGC 7469 demonstrates the richness of high energy phenomena taking place in AGN cores. The subtle spectroscopic differences between the various components require deep, high-resolution observations, such as the present RGS spectrum, if one is to resolve them and perform quantitative plasma diagnostics.

연구 동기 및 목표

• 다양한 파장대의 X선 및 우주선 관측을 통해 NGC 7469의 AGN 유출의 물리적 성질과 운동학적 특성을 이해하기 위해.
• 근접한 세이프트 은하에서 X선 흡수 성분의 복잡한 이온화 및 속도 구조를 해결하기 위해.
• 흡수 및 방출 플라즈마의 기원과 위치를 식별하여 AGN에 의해 유도된 유출와 순환핵 성폭발 활동을 구분하기 위해.
• 흡수체의 밀도, 거리, 질량 유출률을 제약하기 위해 X선과 우주선 흡수 변화를 비교하기 위해.
• 고해상도 스펙트럼 분석을 통해 정량적 플라즈마 진단을 수행하여 AGN 풍속 형성 이론 모델을 검증하기 위해.

제안 방법

• XMM-Newton 위성의 반사 격자 스펙트럼계측기(RGS)를 사용하여 시간 적분된 640 ks X선 스펙트럼을 확보하였다.
• 다양한 속도와 이온화 파rameter를 가진 다수의 이온화 흡수 및 방출 성분을 모델링하기 위해 전반적 스펙트럼 피팅을 수행하였다.
• 이온화 파ram터 ξ = L/(4πr²nₑ)와 방출 측정치(EM)를 사용하여 밀도 및 AGN에서의 거리와 같은 물리적 조건을 추론하였다.
• EM ≈ n²Δr³ 및 N_H ≈ nΔr 관계를 적용하여 플라즈마 밀도와 흡수체 크기를 추정하였으며, O VI+에 대해 n ≈ 0.3 cm⁻³를 도출하였다.
• X선 결과를 HST/COS 우주선 스펙트럼과 비교하여 시간에 따른 변화와 이온화 변화를 평가하였다.
• 충돌적으로 이온화된 성분(kT = 0.35 keV)을 식별하였으며, 이는 성폭발 은하에서의 L_FIR/L_X ≈ 10⁴ 관계와 일치하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 7469의 X선 흡수 유출의 운동학적 및 이온화 구조는 무엇인가요?
• RQ2 X선 흡수 성분은 우주선에서 관측된 성분과 어떻게 관련되어 있으며, 이는 유출 기하학에 대해 어떤 의미를 갖나요?
• RQ3 광이온화 방출 선의 물리적 기원은 무엇이며, 이는 흡수를 유도하는 동일한 유출과 관련이 있나요?
• RQ4 흡수체가 AGN 중심으로부터의 거리는 얼마이며, 변화 분석을 통해 이를 어떻게 개선할 수 있나요?
• RQ5 유출 내의 원소 농도 비율(C, N, Ne, S, Fe에 대한 O 대비)은 태양 값과 어떻게 비교되며, 이는 유출 기원에 대해 어떤 의미를 갖나요?

주요 결과

• –650, –950, 및 –2050 km s⁻¹의 세 개의 명확한 이온화 흡수 성분이 식별되었으며, H-에QUIVALENT 열두께는 각각 약 7×10²⁰, 2.2×10²¹, 및 1×10²⁰ cm⁻²였다.
• –2050 km s⁻¹ 성분은 C V+ Lyα에서 명확히 분리되었으며, –650 및 –950 km s⁻¹ 성분은 겹쳐져 있었으며, 후자는 넓은 이온화 분포(–1 ≤ log ξ ≤ 2)를 보였다.
• 약 –450 km s⁻¹의 블루시프트와 FWHM = 1400 km s⁻¹를 가진 광이온화 방출 성분이 탐지되었으며, –1 ≤ log ξ ≤ 1로, 이는 흡수선과 동일한 유출에서 기인함을 시사한다.
• kT = 0.35 keV에서 충돌적으로 이온화된 성분이 식별되었으며, 이는 순환핵 성폭발 활동과 일치하며, 높은 방출 측정치는 강화된 성폭발 활동을 나타낸다.
• 유출 내 원소 농도 비율(C, N, Ne, S, Fe에 대한 O 대비)은 태양 값의 1에서 2배 사이였으며, 이는 이온화된 물질과 가능성이 있는 처리된 물질의 혼합을 시사한다.
• 초기 거리 추정치는 흡수체가 AGN 중심으로부터 최소 몇 페르세크 이상 떨어져 있음을 시사하지만, 향상된 제약을 위해서는 X선 및 우주선 광선 곡선의 세밀한 변화 분석이 필요하다.