[论文解读] Simultaneous XMM- extit{Newton} and HST-COS observation of 1H0419-577: II. Broadband spectral modeling of a variable Seyfert galaxy

Laura Di Gesu, E. Costantini+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 22, 2014

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用 10

一句话总结

本研究利用同步的XMM-Newton与HST-COS观测，对赛弗特1.5型星系1H0419-577的超宽带谱进行建模，提出由温冕（T ~ 0.7 keV，τ ~ 7）和热冕（T ~ 160 keV，τ ~ 0.5）对盘面光子进行康普顿化，可重现软X射线过量和硬X射线连续谱。该模型通过部分覆盖、光学厚度可变的吸收体（NH ~ 10^19–10^22 cm⁻²）成功解释了历史光谱变异性，该吸收体在X射线通量较高时因电离作用变得不那么不透明，与宽线区云层密度一致。

ABSTRACT

In this paper we present the longest exposure (97 ks) XMM-Newton EPIC-pn spectrum ever obtained for the Seyfert 1.5 galaxy 1H 0419-577. With the aim of explaining the broadband emission of this source, we took advantage of the simultaneous coverage in the optical/UV that was provided in the present case by the XMM-Newton Optical Monitor and by a HST-COS observation. Archival FUSE flux measurements in the FUV were also used for the present analysis. We successfully modeled the X-ray spectrum together with the optical/UV fluxes data points using a Comptonization model. We found that a blackbody temperature of $T \sim 56$ eV accounts for the optical/UV emission originating in the accretion disk. This temperature serves as input for the Comptonized components that model the X-ray continuum. Both a warm ($T_{ m wc} \sim 0.7 $ keV, $τ_{ m wc} \sim 7 $) and a hot corona ($T_{ m hc} \sim 160 $ keV, $τ_{ m hc} \sim 0.5$) intervene to upscatter the disk photons to X-ray wavelengths. With the addition of a partially covering ($C_v\sim50\%$) cold absorber with a variable opacity ($ {\it N}_{ m H}\sim [10^{19}- 10^{22}] \, m cm^{-2}$), this model can well explain also the historical spectral variability of this source, with the present dataset presenting the lowest one (${\it N}_{ m H}\sim 10^{19} \, m cm^{-2} $). We discuss a scenario where the variable absorber, getting ionized in response to the variations of the X-ray continuum, becomes less opaque in the highest flux states. The lower limit for the absorber density derived in this scenario is typical for the broad line region clouds. Finally, we critically compare this scenario with all the different models (e.g. disk reflection) that have been used in the past to explain the variability of this source

研究动机与目标

• 利用同步的光学/紫外与X射线数据，解释赛弗特1.5型星系1H0419-577的超宽带光谱变异性。
• 检验由温冕和热冕对盘面光子进行康普顿化是否能重现软X射线过量和硬X射线连续谱。
• 确定导致光谱变异性、负责可变吸收体的物理起源，将其与反射或光路弯曲模型区分开来。
• 通过将其推断的密度与宽线区云层及环面结构的密度进行比较，评估吸收体的几何形态与位置。

提出的方法

• 使用XMM-Newton EPIC-pn（X射线）、XMM-OM（光学）、HST-COS（紫外）以及档案FUSE（远紫外）数据进行同步的超宽带光谱拟合。
• 采用两个康普顿化组分建模X射线连续谱：温冕（T_wc ~ 0.7 keV，τ_wc ~ 7）和热冕（T_hc ~ 160 keV，τ_hc ~ 0.5），二者均由温度为T_dbb ~ 56 eV的盘面黑体提供能量。
• 引入具有可变光学厚度（NH ~ 10^19–10^22 cm⁻²）的部分覆盖冷吸收体，以解释光谱变异性。
• 通过将吸收体的光学厚度与X射线连续谱通量关联，检验电离驱动遮蔽假说，假设电离度随通量增加而升高。
• 将康普顿化模型与替代解释（如盘面反射、光路弯曲和可变丰度模型）进行对比。
• 利用推断的吸收体密度和倾角（i ≥ 54°）评估其与碎屑环面几何结构的兼容性。

实验结果

研究问题

• RQ1 温冕和热冕对盘面光子的康普顿化是否能解释1H0419-577中观测到的软X射线过量和硬X射线连续谱？
• RQ2 观测到的光谱变异性（特别是吸收体光学厚度与X射线通量之间的反相关性）的物理起源是什么？
• RQ3 可变吸收体是否与宽线区云层或环面结构的物理特性一致？
• RQ4 观测到的超宽带谱如何约束源的几何形态与倾角？
• RQ5 康普顿化模型是否能在不引入人为假设（如可变元素丰度或复杂光路弯曲效应）的前提下，成功重现历史X射线与紫外数据？

主要发现

• 超宽带谱的最佳拟合模型为康普顿化模型，包含温冕（T_wc ~ 0.7 keV，τ_wc ~ 7）和热冕（T_hc ~ 160 keV，τ_hc ~ 0.5），二者均由温度为T_dbb ~ 56 eV的盘面黑体提供能量。
• 可变吸收体的柱密度在X射线通量较高时从~10^22 cm⁻²降至~10^19 cm⁻²，表明其遮蔽作用由电离驱动。
• 吸收体推断的密度与典型宽线区云层密度一致，支持其位于距离中心引擎约kpc量级的位置。
• 该源以高倾角（i ≥ 54°）被观测，表明X射线遮蔽可能起源于碎屑环面的最内层无尘区。
• 该模型成功重现了历史光谱变异性，而无需引入可变元素丰度或复杂光路弯曲几何结构，与先前模型不同。
• 在信噪比高的97 ks XMM-Newton观测中未检测到超高速喷流特征。