[论文解读] Multiwavelength campaign on Mrk 509. I. Variability and spectral energy distribution

J. S. Kaastra, Pierre-Olivier Petrucci+24 more|Radboud Repository (Radboud University)|Jul 4, 2011

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 117被引用 39

一句话总结

本次对赛弗特1型星系Mrk 509的多波段观测活动，结合XMM-Newton、INTEGRAL、Chandra、HST、Swift、WHT和PAIRITEL的观测，获得了跨越五个数量级频率的连续X射线与紫外光变 light curve。观测揭示了软X射线波段60%的通量增加，且与紫外波段增强相关，使得通过高分辨率光谱和高保真度谱能谱分布（SED）对连续谱变异性及电离喷流结构进行详细研究成为可能。

ABSTRACT

(Abridged) Active galactic nuclei show a wealth of interesting physical processes, some of which are poorly understood. We want to address a number of open questions, including the location and physics of the outflow from AGN, the nature of the continuum emission, the geometry and physical state of the X-ray broad emission line region, the Fe-K line complex, the metal abundances of the nucleus and finally the interstellar medium of our own Galaxy. We study one of the best targets for these aims, the Seyfert 1 galaxy Mrk 509 with a multiwavelength campaign using five satellites (XMM-Newton, INTEGRAL, Chandra, HST and Swift) and two ground-based facilities (WHT and PAIRITEL). Our observations cover more than five decades in frequency, from 2 um to 200 keV. The combination of high-resolution spectroscopy and time variability allows us to disentangle and study the different components. Our campaign covers 100 days from September to December 2009, and is centred on a simultaneous set of deep XMM-Newton and INTEGRAL observations with regular time intervals, spanning seven weeks. We obtain a continuous light curve in the X-ray and UV band, showing a strong, up to 60% flux increase in the soft X-ray band during the three weeks in the middle of our deepest monitoring campaign, and which is correlated with an enhancement of the UV flux. This allows us to study the time evolution of the continuum and the outflow. By stacking the observations, we have also obtained one of the best X-ray and UV spectra of a Seyfert galaxy ever obtained. In this paper we also study the effects of the spectral energy distribution (SED) that we obtained on the photo-ionisation equilibrium. Thanks to our broad-band coverage, uncertainties on the SED do not strongly affect the determination of this equilibrium.

研究动机与目标

• 研究活动星系核（AGN）中电离喷流的物理起源与结构，尤其关注反馈过程的背景。
• 在2 μm至200 keV的波段范围内，以前所未有的全波段覆盖度确定Mrk 509的谱能分布（SED）。
• 利用同步多仪器观测，研究连续谱的时间变异性及其与喷流动力学的关联。
• 评估在假设的SED和金属度存在不确定性时，喷流中光致电离平衡的稳定性。
• 约束AGN中X射线与紫外辐射区域的物理条件——电离参数、柱密度和金属度。

提出的方法

• 开展为期100天的多波段监测活动，使用五颗空间望远镜（XMM-Newton、INTEGRAL、Chandra、HST、Swift）和两座地面设施（WHT、PAIRITEL）。
• 在七周内对XMM-Newton与INTEGRAL进行同步深度观测，实现高时间分辨率光变曲线的构建。
• 生成叠加后的高信噪比XMM-Newton RGS光谱和高分辨率HST/COS远紫外光谱，用于详细光谱分析。
• 从2 μm至200 keV构建连续的SED，最大限度减少光致电离建模中的不确定性。
• 使用光致电离模型（CLOUDY）在不同SED和金属度假设下计算电离结构与冷却曲线。
• 对比太阳金属度与3倍太阳金属度下的电离结构，以评估所获参数的稳健性。

实验结果

研究问题

• RQ1 Mrk 509中观测到的软X射线与紫外变异性由何驱动？这两个波段之间存在何种相关性？
• RQ2 当假设的SED和金属度存在不确定性时，喷流气体中的光致电离平衡稳定性如何？
• RQ3 Mrk 509中X射线宽发射线区的电离结构、速度与柱密度为何？
• RQ4 喷流气体的物理条件（电离度、密度、金属度）如何影响观测到的X射线与紫外光谱特征？
• RQ5 SED的不确定性在多大程度上影响电离喷流物理参数的推导？

主要发现

• 在三周的时间内，软X射线波段观测到60%的显著通量增加，且与紫外波段的同步上升相关，表明其起源于吸积盘或冕区的共同机制。
• 叠加后的XMM-Newton RGS光谱信噪比达到有史以来对赛弗特星系所获得的最高水平之一，使精确光谱建模成为可能。
• 喷流的光致电离平衡对假设SED和金属度的不确定性具有鲁棒性，电离结构仅发生微小变化。
• 3倍太阳金属度下的冷却曲线显示，由于线冷却增强，不稳定性分支略大，但对推导的电离参数影响可忽略，仅氢柱密度下降了三倍。
• 在SED和金属度变化下，喷流的电离结构保持稳定，证实了后续研究中建模结果的可靠性。
• 从2 μm至200 keV的全面SED覆盖最大限度减少了光致电离建模中的系统误差，实现了对喷流物理状态的高保真约束。