[논문 리뷰] Simultaneous XMM- extit{Newton} and HST-COS observation of 1H0419-577: II. Broadband spectral modeling of a variable Seyfert galaxy

Laura Di Gesu, E. Costantini외 4명|arXiv (Cornell University)|2014. 01. 22.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 1인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 동시 XMM-Newton 및 HST-COS 관측을 통해 브로드밴드 스펙트럼을 모델링하여, 세이퍼트 1.5은하계 1H0419-577의 특성을 분석한다. 이는 따뜻한(열온도 T ~ 0.7 keV, 광학적 두께 τ ~ 7) 및 뜨거운 코로나(열온도 T ~ 160 keV, 광학적 두께 τ ~ 0.5)에 의한 디스크 광자들의 콜무턴화가 연신 X선과 딱딱한 X선 연속 스펙트럼을 재현함을 제안한다. 모델은 부분적으로 덮개를 씌운, 광학적 두께가 변하는 흡수체(NH ~ 10^19–10^22 cm⁻²)를 통해 역사를 거슬러 올라가는 스펙트럼 변화를 성공적으로 설명하며, 고 X선 광도 상태에서 이 흡수체의 투과도가 증가하는 것은 이온화로 인한 것으로 일관되며, BLR 클라우드 밀도와도 일치한다.

ABSTRACT

In this paper we present the longest exposure (97 ks) XMM-Newton EPIC-pn spectrum ever obtained for the Seyfert 1.5 galaxy 1H 0419-577. With the aim of explaining the broadband emission of this source, we took advantage of the simultaneous coverage in the optical/UV that was provided in the present case by the XMM-Newton Optical Monitor and by a HST-COS observation. Archival FUSE flux measurements in the FUV were also used for the present analysis. We successfully modeled the X-ray spectrum together with the optical/UV fluxes data points using a Comptonization model. We found that a blackbody temperature of $T \sim 56$ eV accounts for the optical/UV emission originating in the accretion disk. This temperature serves as input for the Comptonized components that model the X-ray continuum. Both a warm ($T_{ m wc} \sim 0.7 $ keV, $τ_{ m wc} \sim 7 $) and a hot corona ($T_{ m hc} \sim 160 $ keV, $τ_{ m hc} \sim 0.5$) intervene to upscatter the disk photons to X-ray wavelengths. With the addition of a partially covering ($C_v\sim50\%$) cold absorber with a variable opacity ($ {\it N}_{ m H}\sim [10^{19}- 10^{22}] \, m cm^{-2}$), this model can well explain also the historical spectral variability of this source, with the present dataset presenting the lowest one (${\it N}_{ m H}\sim 10^{19} \, m cm^{-2} $). We discuss a scenario where the variable absorber, getting ionized in response to the variations of the X-ray continuum, becomes less opaque in the highest flux states. The lower limit for the absorber density derived in this scenario is typical for the broad line region clouds. Finally, we critically compare this scenario with all the different models (e.g. disk reflection) that have been used in the past to explain the variability of this source

연구 동기 및 목표

• 동시적인 가시광선/자외선 및 X선 데이터를 사용하여 세이퍼트 1.5은하계 1H0419-577의 브로드밴드 스펙트럼 변화를 설명하기.
• 따뜻한 및 뜨거운 코로나에 의한 디스크 광자의 콜무턴화가 연신 X선 과잉과 딱딱한 X선 연속 스펙트럼을 재현할 수 있는지 테스트하기.
• 스펙트럼 변화의 원인인 변동 가능한 흡수체의 물리적 기원을 규명하여 반사 또는 빛 굴절 모델과 구별하기.
• 흡수체의 밀도와 기울기 각도를 비교하여, 클러스터된 토러스 기하학과의 일치 여부를 평가함으로써 흡수체의 기하학적 위치를 추정하기.

제안 방법

• XMM-Newton EPIC-pn(X선), XMM-OM(가시광선), HST-COS(자외선), 그리고 기록된 FUSE(FUV) 데이터를 사용한 동시 브로드밴드 스펙트럼 피팅.
• 두 개의 콜무턴화 성분으로 X선 연속 스펙트럼을 모델링: 따뜻한 코로나(T_wc ~ 0.7 keV, τ_wc ~ 7)와 뜨거운 코로나(T_hc ~ 160 keV, τ_hc ~ 0.5), 모두 T_dbb ~ 56 eV의 디스크 블랙바디에서 공급됨.
• 스펙트럼 변화를 설명하기 위해 광학적 두께가 변하는 부분적으로 덮개를 씌운 냉각 흡수체(NH ~ 10^19–10^22 cm⁻²) 포함.
• 흡수체의 광학적 두께가 X선 연속 스펙트럼 광도와 관련이 있음을 가정하여 이온화에 의해 투과도가 증가한다는 이론적 가설을 검증.
• 디스크 반사, 빛 굴절, 변동하는 원소 농도 모델 등 다른 설명들과의 비교를 통해 콜무턴화 모델의 타당성 평가.
• 흡수체의 추정 밀도와 기울기 각도(i ≥ 54°)를 사용하여 클러스터된 토러스 기하학과의 일치 여부 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 따뜻한 및 뜨거운 코로나에 의한 디스크 광자의 콜무턴화가 1H0419-577에서 연신 X선 과잉과 딱딱한 X선 연속 스펙트럼을 설명할 수 있는가?
• RQ2 관측된 스펙트럼 변화의 물리적 기원은 무엇이며, 특히 흡수체의 광학적 두께와 X선 광도 사이의 반비례 관계는 어떻게 설명되는가?
• RQ3 변동 가능한 흡수체는 BLR 클라우드의 물리적 특성 또는 토러스 기하학과 일치하는가?
• RQ4 관측된 브로드밴드 스펙트럼은 소스의 기하학적 구조와 기울기 각도를 어떻게 제약하는가?
• RQ5 콜무턴화 모델은 추가적인 가정(예: 원소 농도의 변동성 또는 복잡한 빛 굴절 기하학) 없이도 과거 X선 및 자외선 데이터를 일관되게 재현할 수 있는가?

주요 결과

• 브로드밴드 스펙트럼은 따뜻한 코로나(T_wc ~ 0.7 keV, τ_wc ~ 7)와 뜨거운 코로나(T_hc ~ 160 keV, τ_hc ~ 0.5)를 포함한 콜무턴화 모델로 가장 잘 맞으며, 이들은 모두 T_dbb ~ 56 eV의 디스크 블랙바디에서 공급된다.
• 변동 가능한 흡수체는 고 X선 광도 상태에서 열역학적 두께가 약 10^22 cm⁻²에서 약 10^19 cm⁻²로 감소함을 보이며, 이는 이온화에 의해 유도된 은폐 현상임을 시사한다.
• 흡수체의 추정 밀도는 일반적인 BLR 클라우드 밀도와 일치하며, 중심 엔진으로부터 약 kpc 규모의 위치에 있음을 지지한다.
• 소스는 높은 기울기 각도(i ≥ 54°)에서 관측되며, 이는 X선 은폐 현상이 클러스터된 토러스의 내부 먼지 없는 영역에서 기인할 수 있음을 시사한다.
• 이전 모델들과 달리, 변동하는 원소 농도나 복잡한 빛 굴절 기하학을 요구하지 않으며도 과거의 스펙트럼 변화를 성공적으로 재현한다.
• 고 신호 대비 비율의 97 ks XMM-Newton 관측에서 초고속 외부 흐름 특징은 발견되지 않았다.