[论文解读] The variable X-ray spectrum of Markarian 766 - I. Principal components analysis

L. Miller, T. J. Turner+4 more|ArXiv.org|Nov 21, 2006

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 52被引用 71

一句话总结

本研究对窄线型塞弗特1型星系Mrk 766的一次长时间XMM-Newton观测数据应用主成分分析（PCA），以分解其复杂的X射线能谱变异性。研究识别出一个主导的、高度可变的组分，具有陡谱幂律和约100个引力半径处的电离Fe Kα发射线，同时存在一个硬谱、近乎恒定的组分，具有强烈的Fe K边和微弱的Fe Kα发射线，表明存在电离反射或来自喷流或延伸区域的吸收。

ABSTRACT

Aims: We analyse a long XMM-Newton spectrum of the narrow-line Seyfert 1 galaxy Mrk 766, using the marked spectral variability on timescales >20ks to separate components in the X-ray spectrum. Methods: Principal components analysis is used to identify distinct emission components in the X-ray spectrum, possible alternative physical models for those components are then compared statistically. Results: The source spectral variability is well-explained by additive variations, with smaller extra contributions most likely arising from variable absorption. The principal varying component, eigenvector one, is found to have a steep (photon index 2.4) power-law shape, affected by a low column of ionised absorption that leads to the appearance of a soft excess. Eigenvector one varies by a factor 10 in amplitude on time-scales of days and appears to have broad ionised Fe K-alpha emission associated with it: the width of the ionised line is consistent with an origin at about 100 gravitational radii. There is also a strong component of near-constant emission that dominates in the low state, whose spectrum is extremely hard above 1 keV, with a soft excess at lower energies, and with a strong edge at Fe K but remarkably little Fe K-alpha emission. Although this component may be explained as relativistically-blurred reflection from the inner accretion disc, we suggest that its spectrum and lack of variability may alternatively be explained as either (i) ionised reflection from an extended region, possibly a disc wind, or (ii) a signature of absorption by a disc wind with a variable covering fraction. Absorption features in the low state may indicate the presence of an outflow.

研究动机与目标

• 通过光谱变异性，分离Mrk 766可变X射线谱中物理上独立的发射与吸收组分。
• 确定时间尺度大于20 ks的光谱变异性是否可由不同光谱组分的加法性变化解释。
• 探究具有强Fe K边和弱Fe Kα发射线的硬谱、非变组分的物理起源。
• 评估观测到的光谱特征（包括6.9 keV和7.2 keV处的吸收线）是否指示喷流或可变吸收。
• 评估竞争性物理模型——相对论性反射与电离吸收/喷流——对主导光谱组分的适用性。

提出的方法

• 对Mrk 766的一次长时间XMM-Newton观测的时变X射线能谱应用主成分分析（PCA）。
• PCA将光谱变异性分解为正交组分，其中第一特征向量代表主导的时变组分。
• 该方法假设为加法性变化，将可变组分与近乎恒定的零点组分分离。
• 使用统计比较评估PCA模型是否能良好拟合观测到的光谱变异性。
• 对推导出的组分能谱拟合替代物理模型——相对论性模糊反射、来自延伸区域的电离反射，以及可变覆盖因子吸收——。
• 分析结合了观测到的Fe K边结构以及6.9 keV和7.2 keV处离散吸收线的约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 Mrk 766中时间尺度大于20 ks的光谱变异性是否可由不同光谱组分的加法性变化解释？
• RQ2 具有强Fe K边和弱Fe Kα发射线的硬谱、非变组分的物理起源是什么？
• RQ3 电离Fe Kα发射线产生于何处，其变异性对发射区域几何结构与位置有何启示？
• RQ4 观测到的6.9 keV和7.2 keV处的吸收线是否指示高速喷流，若是，其电离状态与速度如何？
• RQ5 光谱变异性是否可由电离吸收体的可变覆盖因子解释，这是否暗示约100个引力半径处存在喷流起源？

主要发现

• Mrk 766的光谱变异性可良好地由加法性变化解释，其中主导可变组分（第一特征向量）具有2.4的光子指数和由低柱密度电离吸收引起的软过量。
• 在第一特征向量上检测到可变的电离Fe Kα发射线，其起源与约100个引力半径一致（假设盘倾角约为30°）。
• 近乎恒定的零点组分在1 keV以上具有硬谱，具有明显的Fe K边，且Fe Kα发射极弱，表明存在电离反射或吸收。
• 零点组分中缺乏强Fe Kα发射可能源于在高度电离区域（log ξ ~ 2–3 或 >4）的散射与吸收，或源于具有可变覆盖因子的热密喷流。
• 检测到6.9 keV和7.2 keV处的离散吸收线，可能出现在低状态，其起源可能为高速喷流（约13,000 km s⁻¹），log ξ ~ 4，与盘面喷流模型一致。
• 变异性时间尺度表明，吸收或反射物质位于约100个引力半径处，支持盘面喷流或可变覆盖因子模型，可能具有团块结构。