[论文解读] THE CORONA OF THE BROAD-LINE RADIO GALAXY 3C 390.3

A. Lohfink, Patrick Ogle+18 more|arXiv (Cornell University)|Oct 5, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用 1

一句话总结

本研究对宽线射电星系 3C 390.3 进行了 Suzaku/NuSTAR 宽能段 X 射线谱分析，揭示了在 117+18−14 keV 处存在一个高能截止，并首次约束了喷射冕的康普顿化参数：凝聚度为 69+124−24，光学深度为 4.1+0.5−3.6，电子温度为 30+32−8 keV。该分析检测到由弱电离反射引起的软 X 射线超量，以及高度电离的 Fe XXV/XXVI 线，而紫外建模表明由于冕的凝聚度较低，仅有一小部分盘辐射被康普顿化，与 X 射线中无喷流贡献一致。

ABSTRACT

We present the results from a joint Suzaku/NuSTAR broadband spectral analysis of 3C 390.3. The high quality data enables us to clearly separate the primary continuum from the reprocessed components allowing us to detect a high energy spectral cut-off ( keV), and to place constraints on the Comptonization parameters of the primary continuum for the first time. The hard over soft compactness is and the optical depth is this leads to an electron temperature of keV. Expanding our study of the Comptonization spectrum to the optical/UV by studying the simultaneous Swift-UVOT data, we find indications that the compactness of the corona allows only a small fraction of the total UV/optical flux to be Comptonized. Our analysis of the reprocessed emission show that 3C 390.3 only has a small amount of reflection (R ∼ 0.3), and of that the vast majority is from distant neutral matter. However, we also discover a soft-X-ray excess in the source, which can be described by a weak ionized reflection component from the inner parts of the accretion disk. In addition to the backscattered emission, we also detect the highly ionized iron emission lines Fe xxv and Fe xxvi.

研究动机与目标

• 利用高能 X 射线数据，确定宽线射电星系 3C 390.3 中 X 射线冕的物理参数。
• 研究射电噪活动星系核中的康普顿化谱是否与射电安静 Seyfert 星系不同，尤其在谱形和冕性质方面。
• 评估喷流对 X 射线谱的贡献，鉴于喷流在射电星系 X 射线辐射中的作用尚存争议。
• 通过分析冕的空间紧凑性及其康普顿化效率，调和预测与观测到的紫外/光学通量之间的差异。
• 建模再处理辐射，包括冷反射和电离反射组分，以推断吸积盘几何结构和黑洞自旋。

提出的方法

• 使用 3C 390.3 的同步 Suzaku（软 X 射线）和 NuSTAR（硬 X 射线）观测数据，进行联合宽能段 X 射线谱拟合。
• 应用热康普顿化模型（如 MYTorus、基于康普顿化的连续谱模型）拟合主要 X 射线连续谱，提取冕参数，如凝聚度、光学深度和电子温度。
• 整合同步的 Swift-UVOT 光度测量，将由盘辐射康普顿化预测的紫外通量与观测到的紫外通量进行比较。
• 使用反射组分建模再处理辐射：冷反射（R ~ 0.3）、远距离中性反射，以及一个弱电离反射组分，以解释软 X 射线超量。
• 使用相对论反射模型（如 relxill）从 Fe Kα 线特征约束发射率和电离参数。
• 通过比较模型预测的未散射盘辐射在软 X 射线波段的通量与观测到的弱软超量，评估 SED 的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 3C 390.3 中 X 射线冕的物理参数（凝聚度、光学深度、电子温度）是什么？
• RQ2 该宽线射电星系的冕是否表现出高能截止？这对其冕加热机制和对等粒子生成平衡意味着什么？
• RQ3 3C 390.3 中的紫外/光学辐射在多大程度上由盘光子的康普顿化产生？为何观测到的紫外通量远低于预测值？
• RQ4 软 X 射线超量的来源和强度是什么？它是否与内吸积盘的电离反射一致？
• RQ5 X 射线谱中是否存在可检测的喷流贡献？其与其它射电星系相比如何？

主要发现

• 3C 390.3 的冕在 Ecut = 117+18−14 keV 处表现出高能截止，表明由于康普顿冷却，冕温度存在物理上限。
• 冕的凝聚度测定为 69+124−24，光学深度为 4.1+0.5−3.6，导致电子温度为 30+32−8 keV，与加热和对等粒子生成平衡一致。
• 由盘辐射康普顿化预测的紫外通量约为观测值的 20 倍，表明由于冕的空间范围紧凑，仅有极小部分盘光子进入冕区。
• 检测到软 X 射线超量，最佳解释为来自内吸积盘的弱电离反射组分，电离参数 ξ ~ 1000–3000，发射率指数 > 10。
• 再处理辐射显示仅有弱冷反射（R ~ 0.3），其中大部分来自远距离中性物质，无强相对论性反射组分的明确证据。
• 检测到高度电离的 Fe XXV 和 Fe XXVI 发射线，证实了黑洞附近存在高温电离等离子体，与紧凑冕一致。