[논문 리뷰] X-ray hiccups from SgrA* observed by XMM-Newton. The second brightest flare and three moderate flares caught in half a day

D. Porquet, N. Grosso외 15명|ArXiv.org|2008. 06. 25.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 2인용 수 79

한 줄 요약

이 연구는 2007년 4월 XMM-Newton가 관측한 쇼우르 아우라( Sagittarius A*)의 희귀한 반일간 X선 플레어를 분석하며, 기록상 두 번째로 밝은 플레어를 포함한다. 일관된 스펙트럼 피팅과 먼지 산란 보정을 통해, 가장 밝고 중간 플레어 모두가 유사한 연한 X선 스펙트럼을 보이며, 광자 지수 Γ ≈ 2.3 및 열역학적 밀도 NH ≈ 12.3 × 10²² cm⁻²를 나타내어, 밝기의 차이에도 불구하고 동일한 발광 메커니즘이 존재함을 시사한다.

ABSTRACT

[truncated] In Spring 2007, we observed SgrA* with XMM with a total exposure of ~230ks. We have performed timing and spectral analysis of the new X-ray flares detected during this campaign. To study the range of flare spectral properties, in a consistent manner, we have also reprocessed, using the same analysis procedure and the latest calibration, archived XMM data of previously reported rapid flares. The dust scattering was taken into account during the spectral fitting. We also used Chandra archived observations of the quiescent state of SgrA* for comparison. On April 4, 2007, we observed for the first time within a time interval of ~1/2 day, an enhanced incidence rate of X-ray flaring, with a bright flare followed by three flares of more moderate amplitude. The former event represents the second brightest X-ray flare from Sgr A* on record. This new bright flare exhibits similar light-curve shape (nearly symmetrical), duration (~3ks) and spectral characteristics to the very bright flare observed in October 3, 2002. The measured spectral parameters of the new bright flare, assuming an absorbed power law model taken into account dust scattering effect, are N_H=12.3(+2.1,-1.8)e22 cm-2 and Gamma~2.3+/-0.3 calculated at the 90% c.l. The spectral parameter fits of the sum of the three following moderate flares, while lower, are compatible within the error bars with those of the bright flares. The column density found, for a power-law, during the flares is at least two times higher than the value expected from the (dust) visual extinction toward SgrA* (AV~25 mag). However, our fitting of the SgrA* quiescent spectra obtained with Chandra shows that an excess of column density is already present during the non-flaring phase. The two brightest X-ray flares observed so far from SgrA* exhibited similar soft spectra.

연구 동기 및 목표

• 2007년 4월에 수행된 밀도 높은 관측 캠프 동안 Sgr A*의 플레어 활동을 조사하기 위해.
• 여러 플레어에 걸쳐 일관된 분석을 통해 X선 플레어의 물리적 특성, 특히 스펙트럼 파aram터와 열역학적 밀도를 제약하기 위해.
• 밝은 플레어와 중간 플레어 간의 관측된 스펙트럼 차이가 실질적인지 또는 통계적일지 판단하기 위해, 동일한 캘리브레이션과 방법론을 사용해 암시자료를 재처리하기 위해.
• 플레어 기간 동안 관측된 높은 열역학적 밀도가 예상되는 먼지 흡수보다 초과하는지 확인하고, 휘어진 상태에서도 열역학적 밀도 초과가 지속되는지 평가하기 위해.
• 동시 관측된 X선 플레어와 가까운 적외선 플레어 간의 관계를 확인하기 위해, 상호 식별을 수행하기 위해.

제안 방법

• 2007년 4월 Sgr A*에 대한 XMM-Newton의 230 ks 관측 자료를 이용해 타이밍 및 스펙트럼 분석을 수행하였다.
• 모든 데이터 처리 과정에서 동일한 SAS 버전과 최신 캘리브레이션을 사용하여, 신규 및 암시자료 플레어 데이터 간의 일관성을 확보하였다.
• 휴면 상태의 밝기 수준을 초과하는 유의미한 밝기 초과에 기반해 플레어 간격을 정의하였으며, 배경 기여를 배제하였다.
• 선로의 흡수와 산란 지연을 고려하기 위해 스펙트럼 피팅에 힘의 법칙 모델과 흡수(NH) 및 먼지 산란 효과를 적용하였다.
• 플레어 상태와 휘어진 상태를 비교하기 위해 동일한 절차를 사용해 암시자료 XMM-Newton 및 Chandra 관측 자료를 재처리하였다.
• 세 개의 중간 플레어 스펙트럼을 합쳐 신호 대 잡음 비율을 향상시켜 스펙트럼 파aram터 추정을 개선했다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Sgr A*의 두 번째로 밝은 X선 플레어의 스펙트럼 특성은 이전에 관측된 가장 밝은 플레어와 일치하는가?
• RQ2 중간 플레어의 스펙트럼 파aram터는 밝은 플레어와 통계적으로 다를까, 아니면 일관된 연한 스펙트럼 행동을 보이는가?
• RQ3 플레어 기간 동안 관측된 열역학적 밀도가 먼지 흡수에서 예상되는 값(_AV ≈ 25 mag)을 초과하는가? 이는 추가적인 흡수 물질 존재를 시사하는가?
• RQ4 먼지 산란을 적절히 고려했을 때, Sgr A*의 휘어진 상태에서 열역학적 밀도 초과가 존재하는가?
• RQ5 X선 플레어와 동시에 관측된 가까운 적외선 플레어 간의 관계는 무엇이며, 모든 X선 플레어가 NIR 대응체를 가지는가?

주요 결과

• 두 번째로 밝은 X선 플레어는 2007년 4월 4일에 관측되었으며, 피크 빛의 세기는 약 ~3.6 × 10³⁵ erg s⁻¹로, 2002년 플레어와 유사하다.
• 밝은 플레어는 약 3 ks 지속되는 거의 대칭적인 광도 곡선과 연한 힘의 법칙 스펙트럼을 보이며, 광자 지수 Γ = 2.3 ± 0.3 및 NH = 12.3⁺².¹₋₁.₈ × 10²² cm⁻²를 나타낸다.
• 이후 세 개의 중간 플레어를 합친 결과, Γ = 1.7⁺⁰.⁷₋₀.⁶ 및 NH = 8.8⁺⁴.⁴₋₃.² × 10²² cm⁻²로 더 연한 스펙트럼을 보였지만, 이 값들은 90% 신뢰구간 내에서 밝은 플레어와 통계적으로 호환된다.
• 플레어 기간 동안의 열역학적 밀도(NH ≈ 12.3 × 10²² cm⁻²)는 먼지 흡수에서 예상되는 값(_AV ≈ 25 mag일 경우 4.5 × 10²² cm⁻²)보다 최소 두 배 이상 높아, 추가적인 흡수 물질 존재를 시사한다.
• Chandra의 휘어진 상태 스펙트럼 피팅 결과, 먼지 산란을 고려한 결과에서도 약 ~2.9 × 10²² cm⁻²의 지속적인 열역학적 밀도 초과가 나타나, 선로에 따뜻한 이온화 기체 또는 허브가 존재할 가능성을 시사한다.
• Bélanger 등(2005)이 제안한 스펙트럼 지수-광도 상관관계(즉, 높은 밝기에서 더 딱딱한 스펙트럼)에 대한 가설은 기각되었으며, 중간 플레어와 밝은 플레어 간에 유의미한 차이가 없었기 때문이다.