[논문 리뷰] Multiwavelength campaign on Mrk 509 XIV. Chandra HETGS spectra

J. S. Kaastra, J. Ebrero외 15명|Leiden Repository (Leiden University)|2014. 09. 06.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 32인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 2012년 9월의 270 ks Chandra HETGS 관측을 바탕으로, Seyfert 은하 Mrk 509의 고해상도 X선 스펙트럼을 분석하여 온도가 높은 흡수체와 Fe-K 발광을 조사한다. 다섯 성분으로 구성된 온도가 높은 흡수체는 2009년 이후로 최소한의 변화를 보이며, 초고속 외류의 증거는 없고, 고속 외류에 대해 0.81±0.08의 커버링 인자로 불규칙한 바람을 확인한다. Fe-Kα 선은 약한 상대론적 발광 성분과 일치하는 붉은 외곽을 보인다.

ABSTRACT

We present in this paper the results of a 270 ks Chandra HETGS observation in the context of a large multiwavelength campaign on the Seyfert galaxy Mrk 509. The HETGS spectrum allows us to study the high ionisation warm absorber and the Fe-K complex in Mrk 509. We search for variability in the spectral properties of the source with respect to previous observations in this campaign, as well as for evidence of ultra-fast outflow signatures. The Chandra HETGS X-ray spectrum of Mrk 509 was analysed using the SPEX fitting package. We confirm the basic structure of the warm absorber found in the 600 ks XMM-Newton RGS observation observed three years earlier, consisting of five distinct ionisation components in a multikinematic regime. We find little or no variability in the physical properties of the different warm absorber phases with respect to previous observations in this campaign, except for component D2 which has a higher column density at the expense of component C2 at the same outflow velocity (-240 km/s). Contrary to prior reports we find no -700 km/s outflow component. The O VIII absorption line profiles show an average covering factor of 0.81 +/- 0.08 for outflow velocities faster than -100 km/s, similar to those measured in the UV. This supports the idea of a patchy wind. The relative metal abundances in the outflow are close to proto-solar. The narrow component of the Fe Kalpha emission line shows no changes with respect to previous observations which confirms its origin in distant matter. The narrow line has a red wing that can be interpreted to be a weak relativistic emission line. We find no significant evidence of ultra-fast outflows in our new spectrum down to the sensitivity limit of our data.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 X선 분광법을 사용하여 Seyfert 1 은하 Mrk 509의 고이온화 온도가 높은 흡수체와 Fe-K 발광을 연구하기.
• 2009년(XMM-Newton)과 2012년(Chandra) 관측 간 온도가 높은 흡수체 성분의 스펙트럼 변화를 평가하기.
• Fe-K 및 저에너지 X선 영역에서 초고속 외류의 징후를 탐색하기.
• 외류 기체의 커버링 인자와 이온화 구조를 결정하고, 우주선 데이터와 비교하기.
• Fe-Kα 선의 기원을 조사하며, 특히 붉은 외곽이 상대론적 발광 성분을 나타내는지 여부를 탐색하기.

제안 방법

• 2012년 9월의 270 ks 관측 동안 Chandra의 고에너지 투과 격자 분광계(HETGS)를 사용한 고해상도 X선 분광법.
• 흡수 선과 발광 특징을 모델링하기 위해 C-통계량을 사용한 SPEX 패키지의 스펙트럼 피팅.
• 외류 기체의 커버링 인자를 유도하기 위해 O viii Ly-계열 선형형을 모델링.
• Fe-K 발광 복합체 분석을 통해 좁은 선과 넓은 선 성분을 분리하고, 잠재적인 상대론적 기여를 포함하기.
• 2012년 Chandra 스펙트럼과 2009년 XMM-Newton RGS 스펙트럼을 비교하여 스펙트럼 변화 평가.
• Fe-K 및 3 keV 영역에서 깊은 스펙트럼 분석을 통해 초고속 외류를 탐색하고, 감도 한계를 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 2009년 XMM-Newton 관측과 2012년 Chandra 관측 간 Mrk 509의 온도가 높은 흡수체 성분에 중대한 변화가 있는가?
• RQ2 O viii Ly-계열 흡수선은 -100 km s⁻¹보다 빠른 외류 속도에 대해 커버링 인자가 1 미만인 불규칙한 바람을 나타내는가?
• RQ3 최근 Chandra 스펙트럼에서 Fe-K 또는 3 keV 에너지 영역에 초고속 외류의 증거가 있는가?
• RQ4 Fe-Kα 발광선에서 관측된 붉은 외곽의 기원은 무엇인가—약한 상대론적 발광선일 수 있는가?
• RQ5 외류 기체의 상대적 금속 농도는 프로토태양 값과 일치하는가?

주요 결과

• 온도가 높은 흡수체의 구조는 2009년 XMM-Newton RGS 관측과 거의 동일하며, 다중운동상태에서 다섯 이온화 성분이 존재한다.
• 성분 D2는 -240 km s⁻¹에서 성분 C2의 손실을 보이며 더 높은 열량 밀도를 보이며, 이는 이온화 구조의 미미한 변화를 나타낸다.
• -715 km s⁻¹에서의 외류 성분은 유의미하게 검출되지 않으며, 이는 이전 RGS 보고와 정반대되며, 통계적 이상치나 일시적 특징 때문일 가능성이 높다.
• O viii Ly-계열 선은 -100 km s⁻¹보다 빠른 외류 속도에 대해 커버링 인자가 0.81±0.08임을 보이며, 불규칙한 바람의 구조를 나타낸다.
• 좁은 Fe-Kα 선은 2009년과 동일한 광도를 유지하며, 먼 곳에 있는 냉각 물질에서 기인함을 확인한다.
• Fe-Kα 선의 강한 붉은 외곽은 콤파튼 shoulder나 대칭적 흡수와 일치하지 않으며, 약한 상대론적 발광 성분을 시사한다.