[论文解读] XMM-Newton observation of the ULIRG NGC 6240: The physical nature of the complex Fe K line emission

Thomas Böller, R. Keil+6 more|ArXiv.org|Jul 17, 2003

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 26被引用 24

一句话总结

本XMM-Newton对超亮红外星系NGC 6240的研究将复杂的铁K发射线分解为三条独立的窄线，分别位于6.41 keV（中性铁Kα）、6.68 keV（电离Fe XXV）和7.01 keV（Fe XXVI/Kβ），揭示了一个中心高度吸收的活动星系核（AGN），包含三种不同的等离子体组分（0.66、1.4和5.5 keV），并表现出向中心增强的强柱密度梯度，表明该AGN为汤姆逊厚型，被致密的热等离子体遮蔽，其特征与星暴星系NGC 253极为相似。

ABSTRACT

We report on an XMM-Newton observation of the ultraluminous infrared galaxy NGC 6240. The 0.3-10 keV spectrum can be successfully modelled with: (i) three collisionally ionized plasma components with temperatures of about 0.7, 1.4, and 5.5 keV; (ii) a highly absorbed direct power-law component; and (iii) a neutral Fe K_alpha and K_beta line. We detect a significant neutral column density gradient which is correlated with the temperature of the three plasma components. Combining the XMM-Newton spectral model with the high spatial resolution Chandra image we find that the temperatures and the column densities increase towards the center. With high significance, the Fe K line complex is resolved into three distinct narrow lines: (i) the neutral Fe K_alpha line at 6.4 keV; (ii) an ionized line at about 6.7 keV; and (iii) a higher ionized line at 7.0 keV (a blend of the Fe XXVI and the Fe K_beta line). While the neutral Fe K line is most probably due to reflection from optically thick material, the Fe XXV and Fe XXVI emission arises from the highest temperature ionized plasma component. We have compared the plasma parameters of the ultraluminous infrared galaxy NGC 6240 with those found in the local starburst galaxy NGC 253. We find a striking similarity in the plasma temperatures and column density gradients, suggesting a similar underlying physical process at work in both galaxies.

研究动机与目标

• 确定超亮红外星系NGC 6240中复杂铁K线发射的物理起源。
• 分离X射线谱中多重等离子体组分与吸收特征的贡献。
• 利用高分辨率X射线数据研究中心X射线发射的空间与光谱结构。
• 将NGC 6240的X射线等离子体特性与本地星暴星系NGC 253的特性进行比较。
• 通过光谱建模与空间分析评估NGC 6240中隐藏活动星系核的存在性与性质。

提出的方法

• 利用包含三种碰撞电离等离子体组分的多组分模型，对XMM-Newton在0.3–10 keV能段的X射线谱进行分析。
• 引入高度吸收的幂律组分以拟合硬X射线连续谱。
• 将铁K线复杂结构建模为三条独立的窄线：中性铁Kα（6.41 keV）、电离Fe XXV（6.68 keV）和Fe XXVI/Kβ（7.01 keV）。
• 利用XMM-Newton数据对内半径30''区域进行空间分辨谱拟合，并结合钱德拉望远镜的高分辨率成像。
• 通过沿空间轴关联等离子体温度与吸收量，推导出径向柱密度梯度。
• 比较NGC 6240与NGC 253的等离子体温度及柱密度梯度，以识别共同的物理过程。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 6240中复杂铁K线发射的物理起源是什么？能否将其分解为不同组分？
• RQ2 三种等离子体组分的空间分布如何？其温度与柱密度如何随距中心距离变化？
• RQ3 NGC 6240中的硬X射线发射是否与汤姆逊厚型活动星系核一致？吸收物质的性质如何？
• RQ4 NGC 6240的X射线光谱与空间特性与星暴星系NGC 253相比有何异同？
• RQ5 NGC 6240中心区域观测到的柱密度梯度由何种物理过程导致？

主要发现

• 铁K线复杂结构被分解为三条独立的窄线，能量分别为6.41 ± 0.02 keV（中性铁Kα）、6.68 ± 0.02 keV（电离Fe XXV）和7.01 ± 0.04 keV（Fe XXVI与Kβ），证实存在多种电离状态。
• 需要三种碰撞电离等离子体组分，其温度分别为0.66 ± 0.03 keV、1.4 ± 0.2 keV和5.5 ± 1.5 keV，每种组分在钱德拉图像中均有明确的空间定位。
• 观测到强烈的柱密度梯度，从0.20 ± 0.03 × 10²² cm⁻²（0.66 keV等离子体）增加至4.1 ± 1.3 × 10²² cm⁻²（5.5 keV等离子体），表明中心区域吸收更强。
• 中性铁Kα线起源于光学厚物质的反射，而电离线（Fe XXV与Fe XXVI）则来自最热的等离子体组分。
• 硬X射线幂律组分高度吸收，与汤姆逊厚型活动星系核一致，证实了早期BeppoSAX的结果。
• NGC 6240中的等离子体温度与柱密度梯度与星暴星系NGC 253极为相似，表明存在共同的物理机制。