[논문 리뷰] XMM-Newton observation of the NLS1 Galaxy Ark 564: I. Spectral analysis of the time-average spectrum

I. E. Papadakis, W. Brinkmann외 3명|ArXiv.org|2006. 10. 05.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 52인용 수 27

한 줄 요약

이 연구는 고해상도 XMM-Newton X선 스펙트럼 분석을 통해 NLS1 은하 Ark 564의 특성을 규명하였으며, 급격한 파wer-라인 연속스펙트럼(Γ = 2.43)과 이온화된 철(Fe)으로부터 발생하는 6.7 keV에서의 약한 좁은 철 Kα 발광선을 확인하였다. 연속스펙트럼의 연한 과잉은 태양 농도를 가진 반사 모델과 상대론적 블러링을 통해 가장 잘 설명되며, 0.65–0.85 keV 범위에서의 넓고 浅은 복사율 결손은 NH ≈ (2–5)×10²⁰ cm⁻²의 따뜻한 투과성 물질을 시사한다. 8.1 keV에서의 가능성이 있는 Fe XXVI Kα 흡수선은 고도로 이온화된 유출 기체(약 0.17c)를 나타낸다.

ABSTRACT

We use the data from a recent, 100 ksec XMM-Newton observation of the Narrow Line Seyfert 1 galaxy Ark 564 to obtain its time average, X-ray spectrum. The 3-11 keV spectrum is well fitted by a power-law of slope 2.43. We detect a weak (equivalent width ~80 eV) emission line at ~6.7 keV, which implies emission from ionized iron. There is no compelling evidence for significant broadening of the line.We also detect a possible Doppler shifted absorption line at 8.1 keV. At energies lower than 2 keV, the spectrum is dominated by a smooth soft excess component which can be well fitted either by a two black body components (kT~0.15 and 0.07 keV) or by a black body plus a relativistically blurred photoionized disc reflection model. We detect a broad, shallow flux deficit in the 0.65-0.85 keV band, reminiscent of the iron unresolved transition array (UTA) features. We do not detect neither a strong absorption edge around 0.7 keV nor an emission line around 1 keV. The soft excess emission is consistent with being reflected emission from a geometrically flat disc, with solar abundances, illuminated by an isotropic source. The weakness of the iron line emission can be explained by relativistic blurring. The UTA feature implies the presence of warm material with a column density of 2-5*10^{20} cm^{-2}. If the absorption line at 8.1 keV corresponds to FeXXVI Kalpha, it suggests the presence of a highly ionized absorbing material with N_H > 10^{23} cm^{-2}, outflowing at a high velocity of ~0.17c.

연구 동기 및 목표

• . 이 연구의 주요 목적은 고해상도 XMM-Newton 데이터를 활용하여 Ark 564의 시간 평균 X선 연속스펙트럼을 특성화하는 것이다.
• . 0.3–11 keV 에너지 범위에서의 발광 및 흡수 특징을 식별하고 해석하는 것이다.
• . 연한 과잉이 열방출인지, 디스크에서의 반사 과정인지 여부를 규명하는 것이다.
• . 이온화되거나 따뜻한 투과성 물질의 존재와 그 물리적 특성을 조사하는 것이다.
• . 복사율 과잉을 설명하는 데 사용되는 경쟁 모델들(흑체, 반사, 흡수 경계)을 평가하고, 캘리브레이션 관련 모델 적합 문제를 해결하는 것이다.

제안 방법

• . 연구는 Ark 564에 대한 100 ks XMM-Newton 관측에서 확득된 EPIC-PN 및 EPIC-MOS X선 스펙트럼을 사용한다.
• . 스펙트럼 피팅은 파워-라인 모델에 추가로 흑체, 상대론적 블러링 반사, 흡수 특징을 포함한 모델을 적용한다.
• . RGS 데이터는 연한 X선 대역에서의 좁은 발광 및 흡수선을 탐지하고 제약 조건을 설정하는 데 사용된다.
• . χ² 통계량과 잔차 분석을 통해 모델 적합도를 평가하고, 적합도의 우수성을 평가한다.
• . 특히 저에너지 영역에서의 캘리브레이션 불확실성의 영향을 모델 잔차에 미치는 영향을 평가한다.
• . 두 개의 흑체 모델과 반사+흑체 모델(REFL+BB)을 비교하여 연한 과잉의 물리적 해석 가능성을 검토하며, 물리적 일관성 측면에서 후자를 선호한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 . Ark 564의 시간 평균 X선 연속스펙트럼은 0.3–11 keV 범위에서 어떤 형태를 띄는가?
• RQ2 . Ark 564의 연한 과잉은 열방출인지, 디스크에서의 반사 과정인지 어느 것이 더 잘 설명하는가?
• RQ3 . 스펙트럼은 이온화되거나 따뜻한 투과성 특징을 포함하고 있는가? 그 물리적 매개변수는 무엇인가?
• RQ4 . 철 Kα 발광선은 넓어졌는지, 좁은 선과 일치하는가? 이는 발광 영역에 대해 어떤 의미를 갖는가?
• RQ5 . 0.65–0.85 keV에서 관측된 복사율 결손은 불확실한 전이 배열(UTA)로 설명될 수 있는가? 이는 투과성 물질에 대해 어떤 의미를 갖는가?

주요 결과

• . 3–11 keV 스펙트럼은 파워-라인 모델로 잘 맞추어지며, 복사지수 Γ = 2.43이다.
• . 6.7 keV에서 약한 좁은 철 Kα 발광선이 검출되었으며, 등가폭은 약 80 eV로, 이온화된 철에서 기인한 것으로 나타났다.
• . 2 keV 이하의 연한 과잉은 단순한 흑체 모델보다는 상대론적 블러링 반사 성분(REFL+BB)으로 더 잘 설명되며, 후자의 경우 극도로 높은 온도가 요구되어 비물리적이다.
• . 0.65–0.85 keV 대역에서 넓고 얕은 복사율 결손은 Fe I–XVI의 불확실한 전이 배열(UTA)로 설명되며, 따뜻한 투과성 물질의 열량 밀도 NH ≈ (2–5)×10²⁰ cm⁻²를 시사한다.
• . PN 스펙트럼에서 8.1 keV에서 흡수선이 관측되었으며, 이는 Fe XXVI Kα에 해당할 수 있어 고도로 이온화된 투과성 물질(NH > 10²³ cm⁻²)과 약 0.17c의 유출 속도를 나타낸다.
• . OVII 경계(0.7 keV)나 1 keV 발광선에 대한 유의미한 증거는 발견되지 않았으며, 이는 이전의 주장과 정면으로 배치된다.