[論文レビュー] Heating of the IGM

Ue‐Li Pen|arXiv (Cornell University)|Nov 3, 1998

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 19被引用数 50

ひとこと要約

本稿では、質量の大きな超新星爆発などの激しい過程によって、銀河間物質（IGM）が約1 keVに加熱されたと提案している。バーリアの定理とプレス＝シェクター形式を用いて、塊の形成とX線背景放射（XRB）の発生をモデル化する。観測と一致させるために、1 keV/nucleonのエネルギー注入が必要であると判明し、放射的または重力的加熱は主因ではないと排除される。また、10 keV/cm² s sr keV付近に検出可能なソフトXRB放射が予測される。

ABSTRACT

Using the cosmic virial theorem, Press-Schechter analysis and numerical simulations, we compute the expected X-ray background (XRB) from the diffuse IGM with the clumping factor expected from gravitational shock heating. The predicted fluxes and temperatures are excluded from the observed XRB. The predicted clumping can be reduced by entropy injection. The required energy is computed from the two-point correlation function, as well as from Press-Schechter formalisms. The minimal energy injection of 1 keV/nucleon excludes radiative or gravitational heating as a primary energy source. We argue that the intergalactic medium (IGM) must have been heated through violent processes such as massive supernova bursts. If the heating proceeded through supernova explosions, it likely proceeded in bursts which may be observable in high redshift supernova searches. Within our model we reproduce the observed cluster luminosity-temperature relation with energy injection of 1 keV/nucleon if this injection is assumed to be uncorrelated with the local density. These parameters predict that the diffuse IGM soft XRB has a temperature of ~1 keV with a flux near 10 keV/cm^2 s str keV, which may be detectable in the near future.

研究の動機と目的

• 予測されたX線背景（XRB）放射の強度と観測値を一致させるためにIGMに必要なエネルギー注入量を特定すること。
• 宇宙のバーリアの定理とプレス＝シェクター解析を用いて、重力的ショック加熱または放射的プロセスがIGM加熱を説明できるかどうかを評価すること。
• エントロピー注入がIGMの塊の形成をどのように減少させ、XRB放射予測にどのような影響を及えるかを評価すること。
• 1 keV/nucleonの相関のないエネルギー注入を仮定したモデルで、観測されたクラスターランク-温度関係を再現できることを示すこと。
• モデルパラメータに基づいて、拡散IGMのソフトXRB成分の検出可能性を予測すること。

提案手法

• 重力ポテンシャルとショック加熱による塊の形成に基づき、宇宙のバーリアの定理を適用してIGM内の熱エネルギーを推定した。
• ダークマターハローの質量関数をモデル化するためにプレス＝シェクター形式を用い、予想されるIGMの塊の要因を導出した。
• 数値シミュレーションを組み込み、拡散IGM放射からの予測されたXRB強度と温度を検証した。
• エネルギー入力の空間的分布を制約するために、2点相関関数を用いて必要なエネルギー注入量を計算した。
• 局所密度とは相関のない1 keV/nucleonのエネルギー注入がIGM温度とXRBスペクトルに与える影響を評価した。
• 同じエネルギー注入仮定のもとで、モデルが観測されたクラスターランク-温度関係と整合的であるかを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 予測されたX線背景強度と観測値を一致させるためにIGMに必要なエネルギー注入レベルはどの程度か？
• RQ2 重力的ショック加熱または放射的プロセスだけでは、観測されたIGM温度とXRB強度を説明できるか？
• RQ3 エントロピー注入は、拡散IGMにおける塊の要因とそれによるXRB放射にどのように影響を与えるか？
• RQ4 局所密度とは相関のない1 keV/nucleonのエネルギー注入率は、観測されたクラスターランク-温度関係を再現できるか？
• RQ5 拡散IGMからのソフトX線強度はどの程度で、今後の観測ミッションで検出可能だろうか？

主な発見

• 観測と一致させるために、IGMへの最小エネルギー注入量は1 keV/nucleonであると判明し、放射的または重力的加熱は主因ではないと排除された。
• モデルは、約1 keVの温度と10 keV/cm² s sr keV付近の強度を持つ拡散IGMのソフトX線背景を予測した。
• エネルギー注入が局所密度とは相関のない1 keV/nucleonであると仮定した場合、観測されたクラスターランク-温度関係がうまく再現された。
• 必要なエネルギー注入は、巨大な超新星爆発などの激しい過程によるIGM加熱を示唆しており、高赤方偏移超新星調査で検出可能なバーストとして発生した可能性がある。
• 予測されたXRB強度は、近い将来の観測ミッションの検出範囲内にある。
• エントロピー注入によりIGMの塊が減少し、理論的予測と観測されたXRBレベルの一致を高める助けとなる。