[论文解读] The XMM deep survey in the CDF-S. X. X-ray variability of bright sources

S. Falocco, M. Paolillo+7 more|arXiv (Cornell University)|Sep 29, 2017

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 53被引用 7

一句话总结

本研究利用XMM-Newton的3 Ms观测数据，分析了XMM-CDFS巡天中10个明亮且未吸收的AGN的X射线变异性。结果发现，所有源中均普遍存在通量变异性，但光谱变异性（尤其是光子指数和光学深度）较为罕见，仅有一个源（337）在99%置信水平下显示出‘越亮越陡’的趋势，与康普顿化模型一致。结果表明，通量变异性主要由主连续谱归一化的变化引起，而非光谱或吸收变化。

ABSTRACT

We aim to study the variability properties of bright hard X-ray selected Active Galactic Nuclei (AGN) with redshift between 0.3 and 1.6 detected in the Chandra Deep Field South (XMM-CDFS) by a long XMM observation. Taking advantage of the good count statistics in the XMM CDFS we search for flux and spectral variability using the hardness ratio techniques. We also investigated spectral variability of different spectral components. The spectra were merged in six epochs (defined as adjacent observations) and in high and low flux states to understand whether the flux transitions are accompanied by spectral changes. The flux variability is significant in all the sources investigated. The hardness ratios in general are not as variable as the fluxes. Only one source displays a variable HR, anti-correlated with the flux (source 337). The spectral analysis in the available epochs confirms the steeper when brighter trend consistent with Comptonisation models only in this source. Finding this trend in one out of seven unabsorbed sources is consistent, within the statistical limits, with the 15 % of unabsorbed AGN in previous deep surveys. No significant variability in the column densities, nor in the Compton reflection component, has been detected across the epochs considered. The high and low states display in general different normalisations but consistent spectral properties. X-ray flux fluctuations are ubiquitous in AGN. In general, the significant flux variations are not associated with a spectral variability: photon index and column densities are not significantly variable in nine out of the ten AGN over long timescales (from 3 to 6.5 years). The photon index variability is found only in one source (which is steeper when brighter) out of seven unabsorbed AGN. These results are consistent with previous deep samples.

研究动机与目标

• 利用深度XMM-Newton观测，研究钱德拉深空场中明亮、硬X射线选源的AGN的X射线通量与光谱变异性。
• 确定通量变异性是否伴随光谱形状的变化，特别是光子指数、光学深度和反射组分的变化。
• 评估变异性是否由吸积态变化（如康普顿化）引起，或由视线方向上可变吸收导致。
• 将结果与以往深度巡天进行比较，检验未吸收AGN中光谱变异性比例的一致性。
• 检查窄铁Kα线和康普顿反射组分在高通量与低通量状态之间的稳定性。

提出的方法

• 利用总计约3 Ms的33次XMM-Newton观测，创建0.5–8 keV能段的光 light curves，合并MOS1与MOS2数据并进行测光质量检查。
• 应用硬度比（HR）技术探测光谱变异性，将HR与各观测周期的通量变化进行比较。
• 在六个时间顺序的观测段及高/低通量状态中使用XSPEC进行光谱拟合，模型包含幂律谱、吸收、反射和发射线组分。
• 使用线性回归检验通量与HR之间的相关性，以及通量与光子指数之间的相关性。
• 通过F检验和置信区间评估光谱参数（光子指数、N_H、反射归一化、铁Kα线等效宽度）的变异性。
• 评估软 excess 组分和窄铁线在不同通量状态下的稳定性，检验稀释效应的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在明亮AGN中，X射线通量变异性是否伴随光子指数或光学深度的显著光谱变异性？
• RQ2 ‘越亮越软’趋势（指示康普顿化或吸积态变化）是否出现在高红移未吸收AGN中？
• RQ3 观测到的通量变异性是由主连续谱归一化变化引起，还是由可变吸收或反射引起？
• RQ4 窄铁线和康普顿反射组分在高通量与低通量状态之间是否保持稳定？
• RQ5 本样本中光谱变异性AGN的比例与以往深度巡天相比如何？

主要发现

• 所有10个研究的AGN中均存在显著的通量变异性，无一源在3–6.5年期间表现出可检测的通量变化。
• 仅一个源（337）显示出硬度比与通量之间的显著负相关，表明存在光谱变异性，且该现象在99%置信水平下与‘越亮越陡’趋势一致。
• 光谱变异性AGN的比例（1/7个未吸收源）在统计误差范围内与以往深度巡天中观测到的15%一致。
• 在六个观测段或高/低通量状态中，未检测到局部吸收体光学深度或康普顿反射组分的显著变异性。
• 在两个源（319、337）中，窄铁线在高、低通量状态下均被检测到，且等效宽度兼容；在其余三个源（203、33、352）中，仅在低通量状态下检测到铁线，可能由于高通量状态下连续谱稀释。
• 在两个源（352、48）中，康普顿反射组分在高硬度比下为必需，但其本身无变异性，支持反射来自遥远区域的起源。