[논문 리뷰] THE CORONA OF THE BROAD-LINE RADIO GALAXY 3C 390.3

A. Lohfink, Patrick Ogle외 18명|arXiv (Cornell University)|2015. 10. 05.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 1인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 브로드라인 라디오은하 3C 390.3에 대한 동시 Suzaku/NuSTAR 광역 X선 스펙트럼 분석을 수행하여 고에너지 절단이 117+18−14 keV에서 관측되었고, 처음으로 코로나의 콜로마이제이션 매개변수를 제약 조건으로 제시한다: 밀도가 69+124−24, 광학적 두께가 4.1+0.5−3.6, 전자 온도가 30+32−8 keV이다. 분석 결과, 약한 이온화 반사에 의한 연한 X선 초과와 고도로 이온화된 Fe XXV/XXVI 선이 탐지되었으며, UV 모델링은 코로나의 밀도로 인해 디스크 방출의 소수만이 콜로마이제이션을 겪는다는 것을 시사하여 X선에서 제트 기여가 없음을 일관되게 나타낸다.

ABSTRACT

We present the results from a joint Suzaku/NuSTAR broadband spectral analysis of 3C 390.3. The high quality data enables us to clearly separate the primary continuum from the reprocessed components allowing us to detect a high energy spectral cut-off ( keV), and to place constraints on the Comptonization parameters of the primary continuum for the first time. The hard over soft compactness is and the optical depth is this leads to an electron temperature of keV. Expanding our study of the Comptonization spectrum to the optical/UV by studying the simultaneous Swift-UVOT data, we find indications that the compactness of the corona allows only a small fraction of the total UV/optical flux to be Comptonized. Our analysis of the reprocessed emission show that 3C 390.3 only has a small amount of reflection (R ∼ 0.3), and of that the vast majority is from distant neutral matter. However, we also discover a soft-X-ray excess in the source, which can be described by a weak ionized reflection component from the inner parts of the accretion disk. In addition to the backscattered emission, we also detect the highly ionized iron emission lines Fe xxv and Fe xxvi.

연구 동기 및 목표

• 고에너지 X선 데이터를 사용하여 브로드라인 라디오은하, 특히 3C 390.3의 X선 코로나 물리적 매개변수를 규명하는 것.
• 라디오 라우드 AGN의 콜로마이제이션 스펙트럼이 라디오 퀘이언트 세이퍼트와 다를지, 특히 스펙트럼 형태와 코로나 특성 측면에서 조사하는 것.
• 라디오은하 X선 방출에서 제트의 역할이 논란이 되고 있는 바, 제트 기여가 X선 스펙트럼에 어떤 기여를 하는지 평가하는 것.
• 코로나의 공간적 밀도와 콜로마이제이션 효율성을 분석하여 예측된 UV/광학 복사율과 관측된 복사율 간의 괴리를 해소하는 것.
• 냉각 및 이온화 반사 성분을 포함한 재처리된 방출을 모델링하여, 질량 흡착 디스크 기하학과 블랙홀 스핀을 추론하는 것.

제안 방법

• 3C 390.3의 동시 Suzaku(연한 X선) 및 NuSTAR(고에너지 X선) 관측을 이용한 광역 X선 스펙트럼 피팅을 수행하였다.
• 열적 콜로마이제이션 모델(예: MYTorus, 콜로마이제이션 기반 연속 스펙트럼 모델)을 적용하여 주된 X선 연속 스펙트럼을 피팅하고, 밀도, 광학적 두께, 전자 온도와 같은 코로나 매개변수를 추출하였다.
• 예측된 UV 복사율과 관측된 UV 복사율을 비교하기 위해 동시에 취득한 Swift-UVOT 광도계 측정 자료를 통합하였다.
• 냉각 반사(반사도 R ~ 0.3), 먼 거리의 중성 반사, 그리고 연한 이온화 반사 성분을 포함한 재처리된 방출을 모델링하여 연한 X선 초과를 설명하였다.
• 상대론적 반사 모델(예: relxill)을 사용하여 Fe Kα 선 특징에서의 방출성 및 이온화 매개변수를 제약 조건으로 제시하였다.
• 비산사 방출의 소프트 X선 복사율 예측값과 관측값을 비교하여 SED의 일관성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 3C 390.3의 X선 코로나에서의 물리적 매개변수(밀도, 광학적 두께, 전자 온도)는 무엇인가?
• RQ2 이 브로드라인 라디오은하의 코로나는 고에너지 절단을 보이며, 이는 코로나 가열과 쌍생성 평형에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ3 3C 390.3의 UV/광학 방출은 디스크 광자에 의한 콜로마이제이션으로부터 얼마나 발생하는가, 그리고 관측된 UV 복사율이 예측값보다 훨씬 낮은 이유는 무엇인가?
• RQ4 연한 X선 초과의 기원과 강도는 무엇이며, 이는 내부 질량 흡착 디스크에서의 이온화 반사와 일치하는가?
• RQ5 제트가 X선 스펙트럼에 감지 가능한 기여를 하는가, 그리고 다른 라디오은하와 비교하여 어떠한가?

주요 결과

• 3C 390.3의 코로나는 Ecut = 117+18−14 keV에서 고에너지 절단을 나타내며, 콜로마이제이션 냉각으로 인한 코로나 온도의 물리적 한계를 시사한다.
• 코로나의 밀도는 69+124−24로 측정되었고, 광학적 두께는 4.1+0.5−3.6이며, 이는 전자 온도가 30+32−8 keV로 코로나 가열과 쌍생성 평형 상태임을 일관되게 나타낸다.
• 디스크 방출의 콜로마이제이션에 의한 예측 UV 복사율은 관측된 UV 복사율보다 약 20배 높게 나타나, 코로나의 공간적 밀도로 인해 디스크 광자의 소수만이 코로나에 진입함을 시사한다.
• 연한 X선 초과가 탐지되었으며, 이는 내부 질량 흡착 디스크에서의 약한 이온화 반사 성분에 의해 가장 잘 설명된다. 이온화 매개변수 ξ ~ 1000–3000, 방출성 지수 > 10.
• 재처리된 방출은 냉각 반사(반사도 R ~ 0.3)가 매우 약하며, 대부분이 먼 거리의 중성 물질에서 기인하며 강력한 상대론적 반사 성분에 대한 강한 증거는 없다.
• 고도로 이온화된 Fe XXV 및 Fe XXVI 방출선의 탐지로, 블랙홀 근처에 뜨거운 이온화 기체가 존재함을 확인하였으며, 이는 밀도가 높은 코로나와 일치한다.