[论文解读] Multi-Zone warm and cold clumpy absorbers in 3 Seyfert galaxies

Cláudio Ricci, V. Beckmann+2 more|arXiv (Cornell University)|May 10, 2010

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 112被引用 12

一句话总结

本研究首次利用多波段XMM-Newton、Swift和INTEGRAL数据，对三个赛弗特星系——UGC 3142、ESO 140-43和ESO 383-18——进行了详细的X射线分析。结果表明，这些源中软X射线超额（E < 2 keV）最合理的解释是复杂、团块状的吸收（中性或电离），而非额外的发射成分；其中ESO 140-43在千秒 timescale 上表现出吸收覆盖因子的强烈变化，表明存在一个动态的、移动的吸收体系统，可能与吸积盘风或宽线区有关。

ABSTRACT

We present the first detailed X-ray analysis of three AGN, the Seyfert 1 galaxies UGC 3142 and ESO 140-43, and the Seyfert 2 galaxy ESO 383-18, in order to study the geometry and the physical characteristics of their absorbers. High quality XMM-Newton EPIC and RGS data were analysed, as well as Swift/XRT and BAT and INTEGRAL IBIS/ISGRI data, in order to cover the 0.3--110 keV energy range. For ESO 140-43 also XMM-Newton/OM and Swift/UVOT data were used. We studied the variability of the three AGN on a time-scale of seconds using the EPIC/PN light curves, and the long-term time-scale variability of ESO 140-43 using two observations performed 6 months apart by XMM-Newton. The spectra of the three Seyfert galaxies present a "soft excess'' at energies E < 2 keV above a power-law continuum that can be modeled by complex absorption, without any additional emission component. The X-ray sources in UGC 3142 and ESO 383-18 are absorbed by two layers of neutral material, with covering fractions f_1=0.92 and f_2=0.57 for UGC 3142, and f_1=0.97 and f_2 = 0.86 for ESO 383-18. While the clumpy absorber could be part of a disc wind or of the broad line region for UGC 3142, in the case of ESO 383-18 a clumpy torus plus Compton thin dust lanes are more likely. The spectra of ESO 140-43 can be well fitted using a power law absorbed by three clumpy ionized absorbers with different covering factors, column densities, and ionization parameters, likely part of a moving clumpy system, which might be a disc wind or the broad line region. The strong spectral and flux variability on a time scale of 6 months seen in ESO 140-43 is likely due to changes in the moving absorbers. The variation of the covering factor of one of the three ionized absorbers could be detected, on a kilo-seconds time-scale, in the EPIC light-curve of ESO 140-43.

研究动机与目标

• 利用高分辨率X射线数据，研究三个赛弗特星系（UGC 3142、ESO 140-43、ESO 383-18）中X射线吸收体的几何结构与物理条件。
• 确定观测到的软X射线超额（E < 2 keV）是由发射成分引起，还是复杂吸收所致。
• 在短（秒级）和长（6个月）时间尺度上，研究光谱与通量的变异性，尤其关注ESO 140-43。
• 评估部分覆盖与团块状吸收体在塑造X射线谱及解释变异性中的作用。
• 检验吸收体动力学（如移动团块）是否可解释活动星系核中观测到的光谱变异性。

提出的方法

• 综合XMM-Newton EPIC与RGS的高能X射线数据，Swift/XRT、BAT以及INTEGRAL/IBIS数据，覆盖0.3–110 keV能量范围。
• 采用由多个部分覆盖吸收体（中性或电离）调制的幂律连续谱模型进行光谱拟合，吸收体具有不同的柱密度与电离参数。
• 分析EPIC/PN光 light curves，研究秒至千秒时间尺度上的变异性，尤其关注ESO 140-43。
• 利用相隔6个月的长期XMM-Newton观测数据，评估ESO 140-43的通量与光谱变异性。
• 应用XSTAR光致电离代码，模拟吸收体的电离状态与柱密度。
• 将竞争性模型（如反射驼峰、额外热发射）与数据对比，以排除软超额的其他解释。

实验结果

研究问题

• RQ1 这些赛弗特星系中的软X射线超额是否由额外发射引起，或源于复杂吸收？
• RQ2 UGC 3142、ESO 140-43与ESO 383-18中吸收体的几何结构与物理状态（电离度、覆盖分数）如何？
• RQ3 ESO 140-43在千秒时间尺度上的光谱变异性是否可归因于团块状吸收体覆盖因子的变化？
• RQ4 本样本中，赛弗特1型与赛弗特2型星系的吸收体性质有何差异？
• RQ5 ESO 383-18与UGC 3142中未检测到反射驼峰，是由于数据灵敏度限制，还是源本身固有的性质？

主要发现

• 所有三个赛弗特星系中观测到的软X射线超额（E < 2 keV）最合理的解释是复杂、部分覆盖的吸收，而非额外的发射成分。
• UGC 3142与ESO 383-18分别被两层中性物质吸收，覆盖分数分别为f1 ≈ 0.92与f2 ≈ 0.57（UGC 3142），以及f1 ≈ 0.97与f2 ≈ 0.86（ESO 383-18）。
• ESO 140-43需要三个具有不同柱密度与电离参数的团块状电离吸收体，表明存在一个复杂且动态的吸收体系统。
• ESO 140-43在6个月时间尺度上的变异性主要源于吸收体覆盖因子的变化，且在千秒时间尺度上可检测到最低电离度吸收体的覆盖因子变化。
• 所有三个星系中均检测到铁Kα线，ESO 383-18中存在一个可能的OVIII Lyα发射特征（~0.6 keV），但因显著性较低尚未确认。
• ESO 383-18与UGC 3142中未检测到明显的反射驼峰，可能归因于IBIS/ISGRI灵敏度有限及硬X射线变异性，而非源本身缺乏反射。