[論文レビュー] Cygnus A

A. S. Wilson, K. A. Arnaud+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 17, 2002

Particle Accelerators and Free-Electron Lasers被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、シリウスAのChandraおよびRXTE観測を通じて、密度の高いガス塊によって吸収された硬いX線核、電子散乱放射による可能性の高い拡張したソフトX線放射、およびシンクロトロン自己コンプトン過程によるX線発光スポットが明らかになった。主な発見として、図系銀河間媒体（ICM）内に楕円体に近い空洞が存在し、ICM内に温度勾配と金属量勾配が認められ、光学的特徴と相関する二重対称のソフトX線構造が観測された。

ABSTRACT

We report Chandra imaging-spectroscopy and RXTE spectroscopy of the nearby, powerful radio galaxy Cygnus A. Various aspects of the results are discussed, including the X-ray properties of the nucleus, the radio hot spots, the cluster of galaxies, the prolate cavity in the ICM inflated by the radio jets and ``bands'' of thermal gas which encircle the cavity in its equatorial plane. The hard X-ray emission of the nucleus extends to 100 keV and originates from an unresolved source absorbed by a large column density (N$_{ m H}$ $\simeq$ 2 $ imes$ 10$^{23}$ cm$^{-2}$) of gas. The soft ($<$ 2 keV) nuclear emission exhibits a bi-polar structure which extends $\simeq$ 2 kpc from the nucleus and is strongly correlated with both optical continuum and emission-line morphologies. It is suggested that this nebulosity is photoionized by the nucleus and that the extended X-rays are electron-scattered nuclear radiation. All four radio hot spots are detected in X-rays, with the emission resulting from synchrotron self-Compton radiation in an approximately equipartition field. The temperature of the X-ray emitting intracluster gas drops from $\simeq 8$ keV more than 100 kpc from the center to $\simeq 5$ keV some 80 kpc from the center, with the coolest gas immediately adjacent to the radio galaxy. There is a metallicity gradient in the X-ray emitting gas, with the highest metallicities ($\sim$ solar) found close to the center, decreasing to $\sim 0.3$ solar in the outer parts. (Abstract truncated).

研究の動機と目的

• 強力な電波銀河であるシリウスAのX線放射メカニズムを調査すること。
• 温度および金属量勾配を含む、図系銀河間媒体（ICM）内の物理的状態を理解すること。
• 拡張したソフトX線放射の起源とその光学的形態との相関関係を特定すること。
• 電波ホットスポットのX線特性を特徴づけ、その放射メカニズムを解明すること。
• ICM内に形成された電波ジェットによって膨張した楕円体空洞の構造と力学的性質を研究すること。

提案手法

• Chandraの画像分光法を用いて、核、ホットスポット、ICMの空間的およびスペクトル的特徴を解像した。
• RXTEの分光法により、100 keVまで拡張した高エネルギーX線データを取得した。
• スペクトルフィッティングを適用し、核放射をモデル化した。その際、~2 × 10²³ cm⁻²の吸収係数を考慮した。
• 空間的相関解析により、ソフトX線放射が光学的連続スペクトルおよび発光線構造とどのように関連しているかを比較した。
• シンクロトロン自己コンプトン（SSC）モデルを用いて、電波ホットスポットからのX線放射を解釈した。
• 半径方向の距離に応じたスペクトルフィッティングから、ICMの温度および金属量プロファイルを導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 シリウスA核からの硬いX線放射の起源は何か。そのスペクトルエネルギー分布はどのようなものか。
• RQ2 なぜソフトX線放射が核から約2 kpcにわたり拡張しているのか。光学的特徴とどのように関連しているのか。
• RQ3 電波ホットスポットからのX線放射を生じさせる物理的プロセスは何か。
• RQ4 ICMの温度および金属量は、図系中心からの半径方向にどのように変化するか。
• RQ5 ICM内に観測された楕円体空洞の性質は何か。電波ジェットとどのように関連しているか。

主な発見

• 核からの硬いX線放射は100 keVまで延びており、~2 × 10²³ cm⁻²の吸収係数によって遮蔽された非分解能の点源から発生している。
• 核から約2 kpcにわたり拡張したソフトX線放射は、光学的連続スペクトルおよび発光線構造と相関しており、核からの放射の光電離および電子散乱によって説明できる。
• 4つのすべての電波ホットスポットがX線で検出され、およそ等分配磁場内でのシンクロトロン自己コンプトン放射によって説明できる。
• ICMの温度は、中心から100 kpc以上離れた領域で約8 keVから、80 kpcで約5 keVに低下し、電波銀河に隣接する領域で最も低温である。
• ICM内の金属量は、中心部で約太陽値から外縁部で約0.3太陽値に低下しており、半径方向の金属量勾配が存在することが示された。
• 電波ジェット活動によって膨張した楕円体空洞がICM内に観測され、その赤道面には「バンド」状の熱ガスが周囲に存在する。