[論文レビュー] Anatomy of the AGN in NGC 5548: II. The Spatial, Temporal and Physical Nature of the Outflow from HST/COS Observations

Nahum Arav, Carter Chamberlain+31 more|CaltechAUTHORS (California Institute of Technology)|Nov 8, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 43被引用数 46

ひとこと要約

本研究では、NGC 5548における16年間にわたる多波長キャンペーンのHST/COSおよびXMM-Newton/XMM-Newtonデータを用い、AGN風の空間的・時間的・物理的性質をモデル化した。変化するイオン化放射束に応答する固定された全密度吸収体モデルを提案し、5回の観測エポックにわたるイオン化状態の変動をうまく説明できた。主な結果として、主風成分の距離は3.5 ± 1 pcであり、さらに5–70 pcおよびそれ以上の距離に追加の成分が存在し、クェーサー風の変動を解釈する強固なフレームワークを確立した。

ABSTRACT

(Abridged) Our deep multiwavelength campaign on NGC 5548 revealed an unusually strong X-ray obscuration. The resulting dramatic decrease in incident ionizing flux allowed us to construct a comprehensive physical, spatial and temporal picture for the long-studied AGN wind in this object. Here we analyze the UV spectra of the outflow acquired during the campaign as well as from four previous epochs. We find that a simple model based on a fixed total column-density absorber, reacting to changes in ionizing illumination, matches the very different ionization states seen in five spectroscopic epochs spanning 16 years. Absorption troughs from C III* appeared for the first time during our campaign. From these troughs, we infer that the main outflow component is situated at 3.5+-1 pc from the central source. Three other components are situated between 5-70 pc and two are further than 100 pc. The wealth of observational constraints and the disparate relationship of the observed X-ray and UV flux between different epochs make our physical model a leading contender for interpreting trough variability data of quasar outflows.

研究の動機と目的

• 16年間にわたるUVおよびX線データを用いて、NGC 5548のAGN風の空間的・時間的・物理的性質を特定すること。
• AGN風の吸収トロフの変動を説明する長年の課題を解決すること。
• イオン化状態の変動と光電離モデルを用いて、中心源からの風成分の距離を制約すること。
• 16年間にわたる観測で観測されたイオン化状態の変化を説明する物理的に整合性のあるモデルを構築すること。
• 特にブロード吸収線（BAL）風に対して、風の変動を解釈するためのベンチマークモデルを確立すること。

提案手法

• 16年間にわたる5回のスペクトロスコピックエポックにわたるHST/COS UVスペクトルの分析により、観測された全イオン化状態の範囲をカバーした。
• イオンの列密度抽出技術を用いて、風中のガスのイオン種濃度とイオン化レベルを測定した。
• CLOUDYコードに基づく光電離モデルを適用し、イオン化構造をシミュレートし、観測可能な線強度を予測した。
• 衝突励起シミュレーションを組み込み、発光特徴を解釈し、電子密度を制約した。
• UV診断とX線のウォーム吸収体データを比較し、波長域をまたがる物理的状態を検証した。
• 特に2013年のX線遮蔽イベント中に観測された変動を説明するため、単一の固定全列密度吸収体モデルをフィッティングし、イオン化放射束の変化に応じたイオン化状態の進化を説明した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 5548の中心AGNからの主風成分の距離はどのくらいか？
• RQ2 風中のガスのイオン化状態は時間とともにどのように変化し、何がその変動を引き起こしているか？
• RQ3 異なるイオン化放射束を持つ複数のエポックで観測されたイオン化状態の変化を説明できる単一の物理的モデルは存在するか？
• RQ4 風の複数の運動的成分の空間的分布はどのように分布しているか？
• RQ5 UVデータから推定された物理的状態は、X線ウォーム吸収体観測から導かれたものとどのように一致するか？

主な発見

• 主風成分（成分1）は中心源から3.5 ± 1 pcの距離に位置し、水素列密度はlog(NH) = 21.5−0.2+0.4 cm⁻²である。
• この成分のイオン化パラメータはlog(UH) = −1.5−0.2+0.4、電子数密度はlog(ne) = 4.8 ± 0.1 cm⁻³である。
• 変化するイオン化放射束に応じて反応する固定全列密度を仮定する単純なモデルが、16年間にわたる5回のエポックにわたる観測で観測されたイオン化状態の変動をうまく説明できた。
• 成分3および5は中心源から5–15 pcの距離にあり、成分6は100 pc以内にあり、成分2および4は130 pcより外側に位置している。
• このモデルは、特にブロード吸収線（BAL）系において、クェーサー風の吸収トロフの変動を説明するための主要な解釈を提供している。
• UV診断から導かれた物理的状態は、X線ウォーム吸収体データから推定されたものと整合性があるが、完全な比較は後続研究に延期された。