[论文解读] Tracing the AGN/X-ray Binary Analogy with Light Curves of Individual Changing-Look AGN

John J. Ruan, Scott F. Anderson+6 more|arXiv (Cornell University)|Sep 10, 2019

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 9被引用 11

一句话总结

本研究利用多周期Swift光 light curves，追踪了两个独立变脸类AGN（NGC 2617 和 ZTF18aajupnt）的UV-to-X-ray谱指数（α_OX）演化，表明其谱演化与X射线双星爆发中观测到的V形α_OX与爱丁顿比关系趋势一致。结果支持AGN与X射线双星之间的类比，低爱丁顿比下的谱软化由吸积盘对康普顿化X射线的再处理所驱动。

ABSTRACT

Physical models of X-ray binary outbursts can aid in understanding the origin of 'changing-look' active galactic nuclei (AGN), if we can establish that these two black hole accretion phenomena are analogous. Previously, studies of the correlation between the UV-to-X-ray spectral index alpha_OX and Eddington ratio using single-epoch observations of changing-look AGN samples have revealed possible similarities to the spectral evolution of outbursting X-ray binaries. However, direct comparisons using multi-epoch UV/X-ray light curves of individual changing-look AGN undergoing dramatic changes in Eddington ratio have been scarce. Here, we use published Swift UV/X-ray light curves of two changing-look AGN (NGC 2617 and ZTF18aajupnt) to examine the evolution of their alpha_OX values during outburst. We show that the combination of these two changing-look AGN can trace out the predicted spectral evolution from X-ray binary outbursts, including the inversion in the evolution of alpha_OX as a function of Eddington ratio. We suggest that the spectral softening that is observed to occur below a critical Eddington ratio in both AGN and X-ray binaries is due to reprocessing of Comptonized X-ray emission by the accretion disk, based on the X-ray to UV reverberation lags previously observed in NGC 2617. Our results suggest that the physical processes causing the changing-look AGN phenomenon are similar to those in X-ray binary outbursts.

研究动机与目标

• 通过检查单个AGN的多周期UV/X射线光 light curves，测试变脸类AGN与X射线双星爆发之间的类比关系。
• 确定变脸类AGN中UV-to-X射线谱指数α_OX的演化是否与X射线双星爆发中观测到的V形趋势一致。
• 研究在AGN和X射线双星中低爱丁顿比下谱软化现象的物理起源。
• 评估吸积盘对康普顿化X射线辐射的再处理是否能解释低光度下观测到的α_OX反转现象。
• 评估变脸类AGN中短时变 timescales（约几年）对吸积态转变模型的启示。

提出的方法

• 分析已发表的Swift紫外和X射线光 light curves，针对两个变脸类AGN：NGC 2617 和 ZTF18aajupnt。
• 利用同时测量的紫外和X射线通量，在多个历元计算UV-to-X射线谱指数α_OX。
• 追踪α_OX随爱丁顿比（L_bol/L_Edd）的变化，覆盖约10^-3至约10^-1的动态范围。
• 将观测到的α_OX与L_bol/L_Edd趋势与X射线双星爆发模型的理论预测进行比较。
• 利用NGC 2617中X射线到紫外的回响时滞，支持谱软化由再处理引起的模型。
• 对吸积盘几何结构和冕区演化进行建模，包括在低爱丁顿比下从薄盘向辐射效率低下ADAF的转变。

实验结果

研究问题

• RQ1 单个变脸类AGN是否表现出与X射线双星爆发中观测到的V形趋势一致的α_OX演化？
• RQ2 AGN中低爱丁顿比下观测到的α_OX反转是否由吸积盘对康普顿化X射线的再处理引起？
• RQ3 变脸类AGN中短时变 timescales（约几年）的变异性能否通过类比于X射线双星中态转变的模型来解释？
• RQ4 在AGN和X射线双星中，低L_bol/L_Edd下观测到的谱软化现象由何种物理机制驱动？
• RQ5 X射线被吸积盘再处理如何影响低光度AGN中观测到的SED演化？

主要发现

• NGC 2617和ZTF18aajupnt的联合光 light curves 描绘了α_OX随爱丁顿比的完整V形演化，与X射线双星爆发模型的预测一致。
• 在低爱丁顿比下（L_bol/L_Edd ≲ 10^-2），α_OX指数增加，表明谱软化，与吸积盘对康普顿化X射线的再处理一致。
• 低光度下的软化现象归因于再处理，得到NGC 2617中测量的X射线到紫外回响时滞的支持，其时延与盘面再处理一致。
• 变脸类AGN中剧烈变异性的时间尺度（几年）与从恒星级黑洞缩放而来的标准态转变模型不一致，提示存在替代物理机制或更快的吸积流动力学。
• 结果支持变脸类AGN与X射线双星爆发之间存在物理类比，尤其在吸积流几何结构和态转变期间的谱演化方面。
• 本研究暗示再处理是AGN和X射线双星中的关键机制，解释了低爱丁顿比下“越暗越软”的趋势。