[论文解读] Kinematics from spectral lines for AGN outflows based on time-independent radiation-driven wind theory

J. M. Ramírez|arXiv (Cornell University)|Aug 8, 2011

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 1被引用 5

一句话总结

本文提出了一种与时间无关的辐射驱动风模型，用以解释赛弗特1型星系NGC 3783中X射线吸收线的多普勒速度特征。通过建模具有速度依赖离子化度和密度分布的两种不同外流，成功再现了观测到的谱线不对称性和速度-离子化关系，表明高电离度外流产生低电离线的红翼和高电离线的蓝翼，而较低电离度外流则解释了氧线的蓝翼特征。

ABSTRACT

We build a bulk velocity-dependent photoionization model of the warm absorber of the Seyfert 1 galaxy NGC 3783. By adopting functional forms for velocity of the flow and its particle density with radius, appropriate for radiation driven winds, we compute the ionization, temperature, line Doppler shift, and line optical depths as a function of distance. By doing this we obtain detailed profiles for the entire absorption line spectrum. The model reproduces the observed relationship between the gas ionization and the velocity shift of the line centroids as well as the asymmetry of the absorption lines in the X-ray spectrum of NGC 3783. It is found that the distribution of asymmetry requires the presence of two outflows: a higher ionization component responsible for the blue wings of the high ionization lines and the red wings of the low ionization oxygen lines, and a lower ionization flow that makes up for the blue wings of the oxygen lines. Our model predicts a relationship between the X-rays and the UV absorbers, where the component creating the long wavelength lines in the X-ray spectrum is also responsible for creating at least part of the UV absorption troughs.

研究动机与目标

• 通过一个物理解释的风模型，解释NGC 3783中观测到的X射线吸收线不对称性和速度偏移。
• 检验单一阵面连续外流模型与多组分模型相比，哪种更能准确再现离子化度-速度关系和谱线轮廓。
• 通过跨波段关联同一外流组分，研究X射线与紫外吸收特征之间的关联。
• 确定辐射驱动风模型所需的关键物理参数（密度、离子化度、速度律），以匹配观测结果。

提出的方法

• 采用NGC 3783中暖吸收体的与时间无关、基于整体速度的光致电离模型。
• 使用辐射驱动风速度律（Castor et al. 1975），包含速度和粒子密度的径向依赖关系。
• 利用XSTAR光致电离代码自洽计算离子化结构、温度、谱线多普勒频移和光学厚度。
• 应用改进的SEI方法计算膨胀流中的谱线光学厚度，以生成合成谱线轮廓。
• 将模型生成的谱线轮廓和速度偏移与钱德拉X射线天文台对NGC 3783的观测数据进行比较。
• 测试单一阵面连续外流与多组分外流模型，最终更倾向于采用双外流解来解释不对称性。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否能够通过具有单一阵面连续流的辐射驱动风模型再现NGC 3783中观测到的X射线谱线不对称性？
• RQ2 为使风模型准确匹配观测到的谱线速度偏移和不对称性，所需的关键物理参数（离子化度、密度、速度律）是什么？
• RQ3 观测到的离子化状态与谱线轮廓中心速度之间的关系是否暗示存在单一阵面外流或多个组分？
• RQ4 造成X射线吸收的同一外流组分是否也能解释NGC 3783中观测到的紫外吸收凹陷？
• RQ5 高电离度和低电离度外流的贡献如何共同作用，形成观测到的吸收线红翼和蓝翼？

主要发现

• 除非假设极低密度（~10^3–10^4 cm⁻³）和极低金属度（0.01倍太阳值），单一阵面连续外流模型会产生不切实际的高柱密度和光学厚度。
• 采用具有不同离子化度和速度结构的双外流模型，能够成功再现观测到的谱线不对称性和速度偏移。
• 高电离度外流（log ξ₀ ≈ 3，N_H = 10²² cm⁻²）产生低电离线（如Ne IX–O VII）的红翼，以及高电离线（如Fe XXIII–Si XIV）的蓝翼。
• 低电离度外流（log ξ₀ ≈ 2，N_H = 10²¹ cm⁻²，v∞ ≈ 2200 km s⁻¹）是产生O VIII线蓝翼所必需的，该特征无法仅由高电离度组分解释。
• 该模型预测X射线与紫外吸收特征之间存在稳健的相关性，同一外流组分可同时产生X射线吸收凹陷和紫外双线系（如C IV、N V、O VI）。
• 推导出的质量损失率约为 ˙M_out ≈ 1 M☉ yr⁻¹，且 ˙M_out / ˙M_Edd > 10，与其它活动星系核外流研究结果一致，但与假设 ˙M_out / ˙M_Edd ≤ 1 的模型不一致。