[논문 리뷰] The XMM-Newton view of PG quasars I. X-ray continuum and absorption

E. Piconcelli, E. Jiménez‐Bailón외 4명|ArXiv.org|2004. 11. 02.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 63인용 수 250

한 줄 요약

이 연구는 40개의 팔로마-그린 활성은하핵을 XMM-Newton를 통해 체계적으로 분석하여, 라디오-조용한 활성은하핵의 경직경계에서의 경직지수 ⟨Γ₂₋₁₂ keV⟩ = 1.89 ± 0.11을 규명하였고, 라디오-강한 활성은하핵은 ⟨Γ₂₋₁₂ keV⟩ = 1.63⁺⁰.⁰²₋₀.⁰¹을 보였다. 2 keV 이하의 연약한 과잉은 널리 퍼져 있지만, 보편적인 물리적 모델은 존재하지 않으며, 따뜻한 흡수체는 50%의 소스에서 관측되어 이전의 희귀성에 대한 가정을 도전한다. 이는 고광도 활성은하핵과 저광도 세이프트 1은하핵 간에 스펙트럼적 차이가 없음을 시사한다.

ABSTRACT

We present results of a systematic analysis of the XMM-Newton spectra of 40 quasars (QSOs) (z<1.72) from the Palomar-Green (PG) Bright Quasar Survey sample (M_B = 1.89+/-0.11 and = 1.63^(+0.02)_(-0.01) for the RQQs and RLQs, respectively. Below 2 keV, a strong, broad excess is present in most QSO spectra. This feature has been fitted with four different models assuming several physical scenarios. All tested models (blackbody, multicolor blackbody, bremsstrahlung and power law) satisfactorily fitted the majority of the spectra. However, none of them is able to provide an adequate parameterization for the soft excess emission in all QSOs, indicating the absence of an universal shape for this spectral feature. An additional cold absorption component was required only in three sources. On the other hand, as recently pointed out by Porquet et al. (2004) for a smaller sample of PG QSOs, warm absorber features are present in ~50% of the QSO spectra in contrast with their rare occurrence (~5-10%) found in previous studies. The XMM-Newton view of optically-selected bright QSOs therefore suggests that there are no significant difference in the X-ray spectral properties once compared with the low-luminosity Seyfert 1 galaxies. Properties of the Fe Kalpha emission lines are presented in a companion paper.

연구 동기 및 목표

• 팔로마-그린 밝은 활성은하핵 조사에서 선별된 40개의 적색이 1.72 이하인 광학적으로 선택된 활성은하핵의 X선 스펙트럼 특성을 체계적으로 분석하기 위해.
• 라디오-강한 및 라디오-조용한 활성은하핵 간의 X선 방출 및 흡수의 차이를 조사하기 위해.
• 고광도 활성은하핵이 저광도 세이프트 1은하핵과 다른 스펙트럼적 특성을 보이는지 확인하기 위해.
• 연약한 X선 과잉의 물리적 기원과 따뜻한 및 차가운 흡수 성분의 역할을 평가하기 위해.
• 블랙홀 질량, 광도, 방출선 폭 등의 물리적 성질과 스펙트럼 매개변수 간의 상관관계를 탐색하기 위해.

제안 방법

• 적색이 1.72 이하인 40개의 PG 활성은하핵에 대해 XMM-Newton EPIC-pn 및 MOS 데이터를 이용해 스펙트럼 분석을 수행함.
• 경직경계(2–12 keV)의 경직연속스펙트럼을 파워레인지 성분으로 모델링하여 광자 지수 Γ₂₋₁₂ keV를 유도함.
• 연약한 X선 과잉(2 keV 이하)을 네 가지 현상학적 모델(흑체, 다색 흑체, 브레멘스트라할루션, 파워레인지)을 사용해 피팅함.
• 중성 수소 열량 밀도(NH)를 통한 차가운 흡수와 이온화된 기체 성분을 통한 따뜻한 흡수를 테스트함.
• X선 광도(L₂₋₁₀ keV), FWHM(Hβ), Eddington 비율(ṁ)을 사용해 스펙트럼 매개변수와의 상관관계를 탐색함.
• 통계적 분석을 통해 스펙트럼 지수, 연약한 과잉 강도(RS/P) 및 물리적 관측량 간의 상관관계를 탐지함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 라디오-조용한 및 라디오-강한 PG 활성은하핵의 평균 경직경계 스펙트럼 지수는 무엇이며, 유의미하게 다를까?
• RQ2 2 keV 이하에서 관측된 연약한 X선 과잉의 물리적 기원은 무엇이며, 모든 활성은하핵에서 보편적인 스펙트럼 형태를 가질까?
• RQ3 이전의 저해상도 X선 천체망원경을 사용한 연구에 비해, 고광도 활성은하핵에서 따뜻한 흡수체는 얼마나 흔한가?
• RQ4 차가운 흡수 성분과 X선 광도가 블랙홀 질량 또는 Eddington 비율과 얼마나 상관관계가 있는가?
• RQ5 고광도 활성은하핵과 저광도 세이프트 1은하핵 간에 X선 스펙트럼 특성에 유의미한 차이가 있는가?

주요 결과

• 라디오-조용한 활성은하핵의 경직경계 연속스펙트럼은 파워레인지로 잘 기술되며, 광자 지수는 ⟨Γ₂₋₁₂ keV⟩ = 1.89 ± 0.11이다.
• 라디오-강한 활성은하핵은 더 딱딱한 X선 스펙트럼을 보이며, ⟨Γ₂₋₁₂ keV⟩ = 1.63⁺⁰.⁰²₋₀.⁰¹로 나타나 X선 방출 메커니즘의 잠재적 차이를 시사한다.
• 대부분의 활성은하핵 스펙트럼에서 2 keV 이하에 연약한 과잉이 존재하지만, 흑체, 브레멘스트라할루션, 다색 디스크, 파워레인지 등 어떤 단일 물리 모델도 모든 소스에서 이를 충분히 기술하지 못한다.
• 따뜻한 흡수체는 샘플의 50%에서 관측되었으며, 이는 이전 ASCA 및 BeppoSAX 연구에서 보고된 5–10%보다 훨씬 높아 활성은하핵에서 흔한 존재임을 시사한다.
• 차가운 흡수 성분이 필요한 소스는 3개 뿐이며, 그 중 하나인 1411+442는 이온화된 매질에서 NH ≈ 10²³ cm⁻²를 보이며, AGN 통합 모델과 일치한다.
• 라디오-강도 파am터(RL)와 0.5–10 keV 대역에서의 연약한 과잉 대 파워레인지 비율(RS/P) 사이에 강한 반비례 상관관계가 발견되어, 제트 활동과 연약한 과잉 방출 간의 물리적 연관성을 시사한다.