[논문 리뷰] Multiwavelength campaign on Mrk 509. VI. HST/COS observations of the far-ultraviolet spectrum

G. A. Kriss, Nahum Arav외 16명|arXiv (Cornell University)|2011. 07. 04.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 89인용 수 33

한 줄 요약

이 연구는 허블 우주望遠鏡의 COS를 사용하여 세이프트 1은하계 Mrk 509의 가장 높은 신호 대 잡음 비율을 갖는 원거리 자외선 스펙트럼을 제시하며, 유출 흐름, 은하수의 간성간물질 및 가능성이 있는 낙하 물질에서 비롯된 복잡한 다상태 흡수를 규명한다. 14개의 운동학적 구성 요소를 확인하고, 변동성 분 析를 통해 가장 청색으로 이동한 구성 요소에 대해 <250 pc, 다른 구성 요소에 대해 <1.5 kpc 이내의 상한 거리 한계를 설정하며, 부분적인 덮개 현상은 핵 부근의 확장된 영역에서 산산이 흩어진 빛 때문이라고 기인한다.

ABSTRACT

We present medium resolution (R~20,000) HST/COS ultraviolet spectra covering 1155-1760 A of the Seyfert 1 Mrk 509 obtained simultaneously with a Chandra/LETGS spectrum as part of a multiwavelength campaign in 2009 that included observations with XMM-Newton, SWIFT, and Integral. Our high S/N spectrum detects additional complexity in the absorption troughs from a variety of sources in Mrk 509, including the outflow from the active nucleus, the ISM and halo of the host galaxy, and infalling clouds or stripped gas from a merger that are illuminated by the AGN. Variability between the STIS and COS observation of the -400 km/s component allows us to set an upper limit on its distance of &lt; 250 pc. Similarly, variability of a component at +150 km/s between two prior FUSE observations limits its distance to &lt; 1.5 kpc. The UV absorption only partially covers the emission from the AGN nucleus. Covering fractions are lower than those previously seen with STIS, and are comparable to those seen with FUSE. Given the larger apertures of COS and FUSE compared to STIS, we favor scattered light from an extended region near the AGN as the explanation for the partial covering. As observed in prior X-ray and UV spectra, the UV absorption has velocities comparable to the X-ray absorption, but the bulk of the ultraviolet absorption is in a lower ionization state with lower total column density than the gas responsible for the X-ray absorption. We conclude that the outflow from the active nucleus is a multiphase wind.

연구 동기 및 목표

• HST/COS를 사용하여 Mrk 509의 원거리 자외선 스펙트럼을 사상 최고의 신호 대 잡음 비율로 분석하여 이온화된 유출 및 흡수 구성 요소를 연구한다.
• COS, STIS 및 FUSE 관측 자료 간의 변동성 비교를 통해 흡수 기체의 공간적 위치와 운동학적 특성을 규명한다.
• 특히 핵 부근의 확장된 영역에서 산산이 흩어진 빛의 역할을 고려하여 자외선 흡수선의 부분적인 덮개 현상의 기원을 조사한다.
• 흡수 기체의 이온화 상태와 열두께를 특성화하고 X선 흡수 구성 요소와 비교한다.
• 다양한 흡수 구성 요소를 통해 이온화 수준과 운동학적 특성을 분석하여 Mrk 509의 유출이 단일상태 또는 다상태 바람인지 규명한다.

제안 방법

• 허블 우주망원경의 우주 기원 분광계(COS)를 사용하여 Mrk 509의 중해상도(λ/Δλ ~ 20,000) 원거리 자외선 스펙트럼(1155–1760 Å)을 확보한다.
• 데이터 품질과 신호 대 잡음 비율을 향상시키기 위해 파장, 평탄도 및 선형 분포 함수 보정을 전문화된 보정 방법으로 적용한다.
• COS 스펙트럼을 이전의 STIS 및 FUSE 관측 자료와 비교하여 시간에 따른 흡수선의 변동성을 탐지한다.
• N v 및 기타 이온화된 종류의 변동성에 기반한 재결합 시간 스케일 추론을 통해 기체 밀도의 하한과 핵심으로부터의 거리 상한을 추정한다.
• 교차 분산 프로파일 분 析를 통해 흡수 흡수대의 잔여 빛을 유발하는 산산이 흩어진 영역의 공간적 범위를 제약한다.
• 자외선 흡수 운동학적 특성과 X선 흡수 특징, 광학 방출선(예: [O iii])을 연관시켜 흡수 구성 요소의 기원을 규명한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 자외선 흡수 구성 요소 중 가장 청색으로 이동한 성분의 열두께 변화에 기반하여, Mrk 509에서 그 성분의 공간적 범위와 거리는 얼마인가요?
• RQ2 왜 자외선 흡수선은 부분적인 덮개 현상을 보이며, 잔여 빛이 흡수 흡수대에 남아 있는 물리적 메커니즘(예: 산산이 흩어진 빛)은 무엇인가요?
• RQ3 Mrk 509에서 자외선 흡수 기체의 이온화 상태와 열두께는 X선 흡수 기체와 어떻게 비교되나요?
• RQ4 Mrk 509의 원거리 자외선 스펙트럼에서 나타나는 복잡한 다구성 흡수 구조의 기원은 무엇인가요?
• RQ5 Mrk 509의 유출은 단일상태인지 다상태 바람인지이며, 이를 뒷받침하는 증거는 무엇인가요?

주요 결과

• 가장 청색으로 이동한 자외선 흡수 성분(#1)은 STIS 관측 결과와 비교해 Lyα 열두께가 감소하고 N v 열두께가 증가함을 보여, 변동성이 있음을 나타낸다.
• 재결합 시간 스케일 추론에 기반해 성분 #1의 거리 상한은 <250 pc이며, 기체 밀도 하한은 >160 cm⁻³이다.
• 1999년과 2000년 FUSE 데이터에서 관측된 성분 #6는 거리 상한 <1.5 kpc 및 기체 밀도 하한 >6 cm⁻³과 일치하는 변동성을 보인다.
• COS 스펙트럼에서 흡수 흡수대의 바닥에 남은 빛의 강도는 FUSE와 유사하여, 핵 부근의 확장된 영역에서 산산이 흩어진 빛 때문임을 시사한다.
• 산산이 흩어진 영역의 공간적 범위는 <0.5 초각(<170 pc)으로 제약되며, 이온화 콘의 기저에서 전자 산산이 흩어진 것과 일치한다.
• 자외선 흡수 기원은 여러 가지 원천에서 비롯된다: 시스템적 속도에서 저이온화 성분(기본적으로 은하수의 ISM 또는 허브), 고속 운동성분(우리 은하의 Complex C 유사), 그리고 활성 핵심에서 유래한 고이온화된 청색으로 이동한 유출 흐름.