[论文解读] Anatomy of the AGN in NGC 5548. VI. Long-term variability of the warm absorber

J. Ebrero, J. S. Kaastra+14 more|Leiden Repository (Leiden University)|Jan 11, 2016

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 58被引用 19

一句话总结

本研究利用1999–2007年期间的XMM-Newton与Chandra衍射光栅光谱档案数据，分析了NGC 5548星系暖吸收体（WA）的长期X射线变异性，通过采用更新的光致电离代码建模电离状态变化，推断气体密度与距离约束。研究发现，在光球尺度距离上存在六个分层的电离相，总动能光度仅为总辐射光度的0.2%，低至不足以在宿主星系中驱动显著的反馈作用。

ABSTRACT

(Abridged) The archetypal Seyfert 1 galaxy NGC 5548 was observed in 2013-2014 in the context of an extensive multiwavelength campaign, which revealed the source to be in an extraordinary state of persistent heavy obscuration. We re-analyzed the archival grating spectra obtained by XMM-Newton and Chandra between 1999 and 2007 in order to characterize the classic warm absorber (WA) using consistent models and up-to-date photoionization codes and atomic physics databases and to construct a baseline model that can be used as a template for the WA in the 2013 observations. The WA in NGC 5548 is composed of 6 distinct ionization phases outflowing in 4 kinematic regimes in the form of a stratified wind with several layers intersected by our line of sight. If the changes in the WA are solely due to ionization or recombination processes in response to variations in the ionizing flux among the different observations, we are able to estimate lower limits on the density of the WA, finding that the farthest components are less dense and have a lower ionization. These limits are used to put stringent upper limits on the distance of the WA components from the central ionizing source, with the lowest ionization phases <50, <20, and <5 pc, respectively, while the intermediately ionized components lie at <3.6 and <2.2 pc from the center, respectively. The highest ionization component is located at ~0.6 pc or closer to the AGN central engine. The mass outflow rate summed over all WA components is ~0.3 Msun/yr, about six times the nominal accretion rate of the source. The total kinetic luminosity injected into the ISM is a small fraction (~0.03%) of the bolometric luminosity of the source. After adding the contribution of the UV absorbers, this value augments to ~0.2% of the bolometric luminosity, well below the minimum amount of energy required by current feedback models to regulate galaxy evolution.

研究动机与目标

• 使用一致的光致电离模型和最新的原子数据，表征NGC 5548中暖吸收体（WA）的长期变异性。
• 建立WA的基线物理模型，用于解释2013–2014年XMM-Newton观测期间源体被强烈遮蔽的情况。
• 通过建模对通量变化的电离状态变化，估算WA组分的密度下限和距离上限。
• 评估WA的动能光度与质量喷流速率，并评估其在活动星系核反馈机制中的潜在作用。

提出的方法

• 使用最新版本的光致电离代码CLOUDY与SPEX拟合软件包，对XMM-Newton与Chandra的X射线衍射光谱进行建模。
• 应用一致的光致电离模型与更新的原子物理数据库，确保在1999–2007年档案观测中具备可重复性与准确性。
• 假设观测到的WA变异性完全由通量变化引发的电离/再结合过程驱动，保持喷流速度与光学厚度不变。
• 通过各WA组分中主导离子的离子柱密度变化，计算气体密度的下限。
• 利用电离参数与通量变化，将密度限制转换为距中心引擎的距离上限。
• 汇总所有WA组分的质量喷流速率与动能光度，与总辐射光度及反馈模型阈值进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在多次档案观测（1999–2007年）中，NGC 5548的暖吸收体的电离与动力学结构如何？
• RQ2 WA组分的电离状态变化如何与活动星系核的电离通量变化相关联？
• RQ3 若电离/再结合是变异性唯一驱动力，WA组分的密度下限与距离上限分别是多少？
• RQ4 X射线WA的总质量喷流速率与动能光度是多少？其与总辐射光度及反馈模型要求相比如何？
• RQ5 观测到的WA特性能否与盘驱动或尘埃环驱动的喷流模型相协调？这对反馈机制有何启示？

主要发现

• NGC 5548的暖吸收体由六个不同的电离相组成，分布在四个动力学区域，喷流速度分别为~-250、~-550、~-800和~-1200 km s⁻¹。
• 最低电离组分位于距中心源<50 pc、<20 pc和<5 pc处，而中等电离组分位于<3.6 pc与<2.2 pc以内。
• 最高电离组分被限制在距中心引擎~0.6 pc以内（可能近至~0.4 pc）。
• 所有WA组分的总质量喷流速率约为~0.3 M☉ yr⁻¹，约为黑洞标称吸积率的六倍。
• 仅X射线WA的动能光度约为总辐射光度的~0.03%，当包含紫外吸收体时上升至~0.2%。
• 该总动能光度仍不足以驱动显著反馈，比当前反馈模型要求的~0.5–5%总辐射光度低两个数量级。