[논문 리뷰] NuSTAR/XMM-Newton monitoring of the Seyfert 1 galaxy HE 1143-1810. Testing the two-corona scenario

F. Ursini, Pierre-Olivier Petrucci외 12명|arXiv (Cornell University)|2019. 12. 17.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 92인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 HE 1143-1810의 '누르지 않은' 세이퍼트 1은하계에서 두 코로나 모델을 NuSTAR와 XMM-Newton의 동시 관측을 통해 시험한다. 부드러운 X선 과잉은 따뜻한 코로나(kT ~ 0.5 keV, τ ~ 17–18)에 의해 설명되며, 20 중력 반경에서 제트를 방출하는 디스크(JED) 기하학적 구조에서 발생하는 뜨거운 코로나(kT ~ 20 keV, τ ~ 4)가 딱딱한 X선 방출을 유도한다. 데이터는 변동하는 질량 흡착률(0.7–0.9 L_Edd)을 가진 이중상태 흡착 유동을 지지하며, JED에 의해 구동되는 뜨거운 코로나와 외부 디스크를 뒤덮는 따뜻한 코로나와 일관된다.

ABSTRACT

We test the two-corona accretion scenario for active galactic nuclei in the case of the `bare' Seyfert 1 galaxy HE 1143-1810. We perform a detailed study of the broad-band UV--X-ray spectral properties and of the short-term variability. We present results of a joint XMM-Newton and NuSTAR monitoring of the source, consisting of 5x20 ks observations, each separated by 2 days, performed in December 2017. The source is variable in flux among the different observations, and a correlation is observed between the UV and X-ray emission. Moderate spectral variability is observed in the soft band. The time-averaged X-ray spectrum exhibits a cut-off at $\sim 100$ keV consistent with thermal Comptonization. We detect an iron K$α$ line consistent with being constant during the campaign and originating from a mildly ionized medium. The line is accompanied by a moderate, ionized reflection component. A soft excess is clearly present below 2 keV and is well described by thermal Comptonization in a `warm' corona with a temperature of $\sim 0.5$ keV and a Thomson optical depth of $\sim 17-18$. For the hot hard X-ray emitting corona, we obtain a temperature of $\sim 20$ keV and an optical depth of $\sim 4$ assuming a spherical geometry. A fit assuming a jet-emitting disc (JED) for the hot corona also provides a nice description of the broad-band spectrum. In this case, the data are consistent with an accretion rate varying between $\sim 0.7$ and $\sim 0.9$ in Eddington units and a transition between the outer standard disc and the inner JED at $\sim 20$ gravitational radii. The broad-band high-energy data agree with an accretion flow model consisting of two phases: an outer standard accretion disc with a warm upper layer, responsible for the optical--UV emission and the soft X-ray excess, and an inner slim JED playing the role of a hard X-ray emitting hot corona.

연구 동기 및 목표

• ‘누르지 않은’ 세이퍼트 1 은하계 HE 1143-1810에서 두 코로나 흡착 시나리오를 시험하는 것.
• 소프트 X선 과잉과 소스에서의 딱딱한 X선 방출의 물리적 기원을 규명하는 것.
• 제트를 방출하는 디스크(JED) 기하학적 구조가 광역 스펙트럼과 변화를 설명할 수 있는지 조사하는 것.
• 표준 흡착 디스크(SAD)와 JED 단계 사이의 흡착률과 전이 반경을 제약하는 것.

제안 방법

• XMM-Newton와 NuSTAR를 사용한 5에포크의 동시 모니터링 캠프를 실시하였으며, 각 관측은 약 20 ks 지속되었고, 2일 간격으로 분리되었다.
• 에너지 범위 약 0.3 keV에서 ~100 keV까지의 광역 우주-X선 스펙트럼 분석을 수행하였다.
• 시간 평균 스펙트럼과 개별 관측 스펙트럼을 열역학적 콜로모르티제이션을 포함한 물리 모델로 피팅하였다.
• 뜨거운 코로나에 대해 제트를 방출하는 디스크(JED) 모델을 시험하였으며, 전이 반경을 약 20 중력 반경으로 가정하였다.
• 흡착 유동을 묘사하기 위해 SAD–JED 모델을 사용하였으며, 흡착률과 전이 반경을 자유 매개변수로 설정하였다.
• 라디오 제트 파wer 관계(νLν ∝ ṁ^{17/12} r_in (r_J - r_in)^{5/6})를 적용하여 제트 효율 인자 f̃_R를 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HE 1143-1810의 소프트 X선 과잉은 따뜻한 코로나에서 열역학적 콜로모르티제이션에 의해 기인하는가?
• RQ2 제트를 방출하는 디스크(JED) 기하학적 구조에서 뜨거운 코로나가 딱딱한 X선 방출과 고에너지 절단(~100 keV)을 설명할 수 있는가?
• RQ3 관측된 광도 변화는 흡착률의 변화에 의해 유도되며, JED 모델과 일관되는가?
• RQ4 약 20 R_G에서 SAD–JED 전이가 광역 스펙트럼을 물리적으로 일관되게 묘사하는가?
• RQ5 유추된 흡착률과 전이 반경을 고려할 때, 관측된 라디오 방출은 JED에 의해 구동되는 제트와 일치하는가?

주요 결과

• 소프트 X선 과잉은 온도 약 0.5 keV, 투과도 약 17–18인 따뜻한 코로나에서 열역학적 콜로모르티제이션에 의해 가장 잘 설명된다.
• 딱딱한 X선 방출은 구형 기하학을 가정할 경우 약 20 keV의 온도와 투과도 약 4인 뜨거운 코로나와 일관된다.
• JED 모델은 광역 스펙트럼에 대해 뛰어난 피팅을 제공하며, 흡착률은 약 0.7에서 0.9 L_Edd 사이에서 변동한다.
• 표준 흡착 디스크와 JED 사이의 전이 반경은 약 20 중력 반경으로 제약되며, 작은 (~10%) 변동이 있다.
• 라디오 제트 파워 관계는 무차원 인자 f̃_R ~ 1.3×10⁻⁹를 산출하였으며, GX 339-4와 같은 X선 이진계에서의 값과 유사하다.
• 철 Kα 선은 좁고 일정하며, 약간 이온화된 매질에서 기인하며, 중간 정도의 이온화 반사 성분을 포함한다.