[论文解读] Multiwavelength campaign on Mrk 509 XIV. Chandra HETGS spectra

J. S. Kaastra, J. Ebrero+15 more|Leiden Repository (Leiden University)|Sep 6, 2014

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 32被引用 7

一句话总结

本研究基于2012年9月对赛弗特星系Mrk 509进行的270 ks Chandra HETGS观测，分析其高分辨率X射线谱，以研究暖吸收体和Fe-K发射。研究确认存在五个组分的暖吸收体，自2009年以来变化极小；未发现超快外流的证据，揭示了一种覆盖因子为0.81±0.08的不均匀外流，且高能外流速度下存在覆盖；Fe-Kα线的红翼与弱相对论性发射组分一致。

ABSTRACT

We present in this paper the results of a 270 ks Chandra HETGS observation in the context of a large multiwavelength campaign on the Seyfert galaxy Mrk 509. The HETGS spectrum allows us to study the high ionisation warm absorber and the Fe-K complex in Mrk 509. We search for variability in the spectral properties of the source with respect to previous observations in this campaign, as well as for evidence of ultra-fast outflow signatures. The Chandra HETGS X-ray spectrum of Mrk 509 was analysed using the SPEX fitting package. We confirm the basic structure of the warm absorber found in the 600 ks XMM-Newton RGS observation observed three years earlier, consisting of five distinct ionisation components in a multikinematic regime. We find little or no variability in the physical properties of the different warm absorber phases with respect to previous observations in this campaign, except for component D2 which has a higher column density at the expense of component C2 at the same outflow velocity (-240 km/s). Contrary to prior reports we find no -700 km/s outflow component. The O VIII absorption line profiles show an average covering factor of 0.81 +/- 0.08 for outflow velocities faster than -100 km/s, similar to those measured in the UV. This supports the idea of a patchy wind. The relative metal abundances in the outflow are close to proto-solar. The narrow component of the Fe Kalpha emission line shows no changes with respect to previous observations which confirms its origin in distant matter. The narrow line has a red wing that can be interpreted to be a weak relativistic emission line. We find no significant evidence of ultra-fast outflows in our new spectrum down to the sensitivity limit of our data.

研究动机与目标

• 利用高分辨率X射线光谱学研究赛弗特1型星系Mrk 509中的高电离态暖吸收体和Fe-K发射。
• 评估2009年（XMM-Newton）与2012年（Chandra）观测之间暖吸收体组分的光谱变异性。
• 在Fe-K和低能X射线区域搜索超快外流的特征。
• 确定外流气体的覆盖因子和电离结构，并与紫外数据进行比较。
• 研究Fe-Kα线的起源，特别是其红翼是否指示存在相对论性发射组分。

提出的方法

• 利用Chandra高能透射光栅光谱仪（HETGS）在2012年9月进行的270 ks观测中开展高分辨率X射线光谱学研究。
• 使用SPEX软件包和C统计量进行光谱拟合，以建模吸收线和发射特征。
• 通过建模O viii Ly系列线轮廓，推导外流气体的覆盖因子。
• 分析Fe-K发射复合体，分离窄线与宽线组分，包括潜在的相对论性贡献。
• 将2012年Chandra光谱与2009年XMM-Newton RGS光谱进行比较，评估光谱变异性。
• 通过在Fe-K和3 keV区域的深度光谱分析搜索超快外流，并评估灵敏度极限。

实验结果

研究问题

• RQ1 在2009年XMM-Newton与2012年Chandra对Mrk 509的观测之间，暖吸收体组分是否存在显著变异性？
• RQ2 O viii Ly系列吸收线是否表明存在覆盖因子小于1的不均匀外流？
• RQ3 在新的Chandra光谱中，Fe-K或3 keV能量区域是否存在超快外流的证据？
• RQ4 Fe-Kα发射线中观测到的红翼的起源是什么——是否可能为弱相对论性发射线？
• RQ5 外流中相对金属丰度是否与原始太阳值一致？

主要发现

• 暖吸收体结构与2009年XMM-Newton RGS观测基本保持不变，呈现五个电离组分，处于多速度场态。
• 组分D2在-240 km s⁻¹处的柱密度升高，而组分C2相应降低，表明电离结构存在轻微变异性。
• 在-715 km s⁻¹处未检测到显著外流组分，与早期RGS报告相矛盾，可能由于统计异常值或瞬态特征所致。
• O viii Ly系列线显示，外流速度超过-100 km s⁻¹的区域覆盖因子为0.81±0.08，表明存在不均匀外流结构。
• 窄Fe-Kα线在2009年以来的流量未发生变化，证实其起源于遥远的冷物质。
• Fe-Kα线的强红翼与康普顿肩部或对称吸收不一致，表明可能存在弱相对论性发射组分。