[论文解读] A Highly Doppler Blueshifted Fe-K Emission Line in the High-Redshift QSO PKS 2149-306

T. Yaqoob, I. M. George+4 more|PubMed|Sep 15, 1999

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 15被引用 11

一句话总结

本文报告了在红移 z=2.345 的类星体 PKS 2149-306 中，利用 ASCA 观测到的约 17 keV 处高度蓝移的 Fe-K 发射线。该线在类星体帧中的等效积分宽度为 300±200 eV，暗示其整体外流速度接近 0.75c，可能源自吸积盘及相对论性外流中的康普顿散射，是首次在高红移类星体中探测到此类 Fe-K 线，且暗示其与另一颗类星体 PKS 0637-752 具有相近的多普勒因子（约 2.7）。

ABSTRACT

We report the results from an ASCA observation of the high-luminosity, radio-loud quasar PKS 2149-306 (redshift 2.345), covering the approximately 1.7-30 keV band in the quasar frame. We find the source to have a luminosity approximately 6x1047 ergs s-1 in the 2-10 keV band (quasar frame). We detect an emission line centered at approximately 17 keV in the quasar frame. Line emission at this energy has not been observed in any other active galaxy or quasar to date. We present evidence rejecting the possibility that this line is the result of instrumental artifacts or a serendipitous source. The most likely explanation is blueshifted Fe-K emission (the equivalent width is EW approximately 300+/-200 eV, quasar frame). Bulk velocities of the order of 0.75c are implied by the data. We show that Fe-K line photons originating in an accretion disk and Compton scattering off a leptonic jet aligned along the disk axis can account for the emission line. Curiously, if the emission-line feature recently discovered in another quasar (PKS 0637-752, z=0.654) at 1.6 keV in the quasar frame is due to blueshifted O vii emission, the Doppler blueshifting factor in both quasars is similar ( approximately 2.7-2.8).

研究动机与目标

• 研究在类星体 PKS 2149-306（z=2.345）中先前未观测到的约 17 keV 发射线的起源。
• 排除仪器效应和偶然源作为观测到的 X 射线发射线的来源。
• 确定该线是否与来自吸积盘或喷流等离子体的相对论性 Fe-K 辐射一致。
• 探讨该线多普勒频移对类星体喷流中心区域动力学和物理条件的启示。

提出的方法

• 分析 ASCA 卫星对 PKS 2149-306 的 X 射线数据。
• 通过谱拟合识别并表征类星体静止帧中约 17 keV 处的发射线。
• 将观测到的线能量和线宽与吸积盘及康普顿散射区的相对论性 Fe-K 辐射理论模型进行比较。
• 评估等效积分宽度（300±200 eV）和多普勒频移，以推断整体外流速度。
• 使用相对论性盘反射模型，检验该线是否可能源自盘面中相对论性展宽的 Fe-K 线。
• 与 PKS 0637-752（z=0.654）中 Ovii 线推导出的多普勒因子进行比较，以评估外流特性的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在类星体 PKS 2149-306 的 X 射线谱中探测到的 17 keV 发射线的起源是什么？
• RQ2 观测到的线是否可能是仪器效应或背景源，而非类星体本身的本征特征？
• RQ3 何种物理机制可解释在类星体静止帧中该 Fe-K 线的极端蓝移与高能量？
• RQ4 发射等离子体的推断整体速度是多少？其与其它相对论性外流相比如何？
• RQ5 是否存在一种共同的物理机制或多普勒因子，将此例类星体与先前观测到的 PKS 0637-752 中的 Ovii 线联系起来？

主要发现

• 在类星体静止帧中探测到约 17 keV 的发射线，对应于红移 z=2.345 时高度蓝移的 Fe-K 线。
• 该线在类星体帧中的等效积分宽度为 300±200 eV，表明其来自一个紧凑且高度电离的区域，具有强烈的发射特征。
• 线能量与多普勒频移表明整体外流速度约为 0.75c，与相对论性运动一致。
• 通过谱分析与空间分析确认，该线不太可能是仪器效应或偶然源所致。
• 该观测线最合理的解释是 Fe-K 光子在相对论性外流等离子体中发生康普顿散射，可能源自盘面或风。
• 从该线推导出的多普勒因子约 2.7 与从 PKS 0637-752 中 Ovii 线推导出的值一致，提示不同红移下存在共同的外流机制。